Pokretna jedinica. Blokovi Zlatno pravilo mehanike.Što pobjeđuje fiksni blok?

Pokretna jedinica razlikuje se od stacionarne po tome što njegova osovina nije fiksna, te se može podići i pasti s teretom.

Slika 1. Mobilna jedinica

Poput fiksnog bloka, pokretni blok sastoji se od istog kotača s kabelskim žljebom. Međutim, jedan kraj kabela je ovdje fiksiran, a kotač je pomičan. Točak se kreće s teretom.

Kao što je Arhimedes napomenuo, mobilna jedinica je u osnovi poluga i radi na istom principu, dajući snagu zbog razlike u ramenima.

Slika 2. Sila i ramena snaga u pokretnom bloku

Mobilna jedinica kreće se s teretom, kao da leži na konopcu. U tom će slučaju žarište u svakom trenutku biti na mjestu gdje je blok u kontaktu s užadom s jedne strane, opterećenje će se primijeniti na sredinu bloka, gdje je fiksirano na osi, a vučna sila će se primijeniti na mjestu kontakta s užadom s druge strane bloka . Odnosno, polumjer bloka će biti rame tjelesne težine, a prečnik će biti rame sile naše vuče. Pravilo momenata u ovom slučaju izgledat će kao:

$$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $ $

Dakle, pomična jedinica daje dva puta dobitak na snazi.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog bloka sa pokretnim blokom (Sl. 3). Fiksna jedinica služi samo radi praktičnosti. Mijenja smjer sile, omogućava, na primjer, podizanje tereta, stojeći na zemlji, a pokretna jedinica pruža dobitak na snazi.

Slika 3. Kombinacija fiksnih i pokretnih blokova

Ispitali smo idealne blokove, odnosno one u kojima djelovanje sila trenja nije uzimano u obzir. Za stvarne blokove potrebno je uvesti korektivne faktore. Koristite sljedeće formule:

Fiksni blok

$ F \u003d f 1/2 mg $

U ovim formulama: $ F $ je primijenjena vanjska sila (obično je to snaga nečije ruke), $ m $ je masa opterećenja, $ g $ je koeficijent gravitacije, $ f $ je koeficijent otpora u bloku (za sklopove oko 1,05, a za užad 1.1).

Koristeći sustav pomičnih i fiksnih blokova, utovarivač podiže kutiju s alatima na visinu od $ S_1 $ \u003d 7 m, primjenjujući silu od $ F $ 160 \u003d 160 N. Kolika je masa kutije i koliko metara užeta morate odabrati dok raste opterećenje? Koji će posao učiniti utovarivač kao rezultat? Uporedite ga s radom na opterećenju kako biste ga premjestili. Trenje i masa pokretnog bloka su zanemareni.

$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?

Mobilna jedinica daje dvostruko povećanje snage i dvostruki gubitak u kretanju. Fiksna jedinica ne daje snagu na snazi, ali mijenja svoj smjer. Dakle, primijenjena sila bit će polovina mase tereta: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, odakle nalazimo masu kutije: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg $

Kretanje tereta će biti upola dulje od dužine odabranog užeta:

Rad koji obavlja utovarivač jednak je proizvodu primijenjenog napora za pomicanje tereta: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Izvedeni radovi na opterećenju:

Odgovor: Masa kutije je 32,65 kg. Duljina odabranog konopa je 14 m. Obavljeni posao je 2240 J i ne ovisi o načinu podizanja tereta, već samo o masi tereta i visini dizala.

Zadatak 2

Koji teret se može podići pomičnim blokom težine 20 N, ako povučete konop snage 154 N?

Pišemo pravilo momenata za pokretni blok: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, pri čemu je $ f $ korekcijski faktor za uže.

Tada je $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Odgovor: Težina tereta 260 N.

Blokovi Zlatno pravilo mehanike

„Misli koji razmišljaju ne osećaju se srećno,

dok ne uspe da spoji razdvojene

činjenice koje je on primetio "

D. de Hevesy

Ova tema posvećena je proučavanju blokova. Kao i razmatranje Zlatnog pravila mehanike.

U prošlim temama razgovaralo se o jednostavnim mehanizmima kao što je poluga. Poluga - to je bilo koje čvrsto tijelo koje se može zakretati u odnosu na fiksni nosač ili os.

Postoje dvije vrste poluga - poluga prvi i poluga drugo ljubazan. Str poluga prve vrste - ovo je poluga čija se os rotacije nalazi između točaka primjene sila, a same sile su usmjerene u jednom smjeru. Ručica druge vrste - ovo je poluga čija se os rotacije nalazi na jednoj strani točaka primjene sila, a same sile su usmjerene jedna na drugu.

Dovedeno stanje ravnoteže polugeprema kojoj je poluga u ravnoteži, pod uvjetom da su sile koje su primijenjene na nju obrnuto proporcionalne dužinama njihovih ramena.

Pregledan trenutak snage - fizička količina jednaka proizvodu modula sile koja rotira tijelo i njegovo rame. I formulirao je stanje ravnoteže poluge kroz pravilo trenutakaprema kojem je poluga pod djelovanjem dviju sila koje stvaraju trenutak u ravnoteži ako je moment sile koji rotira polugu u smjeru kazaljke na satu jednak trenutku sile koji ročicu okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Međutim, osim poluga, često se koristi i za podizanje robe i jednostavan blok ili blokovski sistem. Naročito se koriste blokovi na gradilištima, u lukama i skladištima. Bilo koji blok je točak sa utorom, postavljen u kavez. Konop, sajla ili lanac prolazi kroz prorez bloka.

A koji su blokovi? I kako transformirati moć?

Ako je os bloka fiksna i pri podizanju tereta se ne spušta ili diže, tada se poziva blok nepomično. Takav blok se može smatrati kao jednaka ruka, čija su ramena jednaka polumjeru kotača. Da li takav blok povećava snagu? Stavite iskustvo. Uzmite teret mase 3 N i objesite ga na jedan kraj niti koji je bačen preko bloka, a na drugi pričvrstite dinamometar. Ujednačenim porastom opterećenja dinamometar će pokazati silu jednaku težini tereta, tj. 3 N. Skiciramo snage koje djeluju na blok.

To je elastična sila navoja, jednaka težini opterećenja, elastična sila navoja, jednaka sili koja se primjenjuje na dinamometar, sila gravitacije koja djeluje na blok i sila elastičnosti osi bloka. Kao što se može vidjeti na slici, ramena gravitacije i elastičnosti bloka jednaka su nuli. Dakle, njihovi momenti u odnosu na osovinu jednaki su nuli. Ramena elastičnih sila navoja jedan i dva jednaka su jednakome kao polumjeri bloka. U stanju ravnoteže bloka, trenuci sila F 1 i F 2 moraju biti jednaki. A kako su momenti ovih sila jednaki, tada su i same sile jednake jedna drugoj. Drugim riječima, primijenjena sila jednaka je težini tereta. Na ovaj način fiksni blok ne daje dobitak na snazi, već samo mijenja svoj smjer.

Zašto koristiti fiksni blok ako nema pojačanja? Uostalom, istim uspjehom bilo koja križna greda mogla bi se koristiti za podizanje tereta. Moguće je, ali izgubiti, jer je potrebno savladati kliznu silu užadi duž prečke, koja je mnogo veća od sile trenja kotrljanja u ležaju bloka.

Ali može li blok još uvijek dobiti na snazi?Razmotrimo drugu vrstu bloka - pokretni blok. Pomični je blok čija se os rotacije, prilikom podizanja tereta, kreće s teretom.

Na takav blok ćemo objesiti teret težine 6 N. Postavljamo jedan kraj niti koji je bačen preko bloka, a ravnomjerno ćemo podići teret dinamometrom iza drugog. Dinamometar pokazuje da je sila primijenjena na kraj užeta 3 N, tj. Polovica mase tereta. Stoga pomični blok daje jačinu od oko 2 puta. Zašto?

Težina tereta, elastične sile navoja, koje su jednake jednakoj, i gravitacija bloka djeluju na blok. U ovom slučaju najčešće se zanemaruje gravitacija bloka, jer je obično mnogo manja od težine opterećenja. Kada se opterećenje kreće, pomična se jedinica okreće u odnosu na točku D. Stoga je pokretni blok je poluga druge vrste. Za to pišemo ravnotežni uslov kroz pravilo trenutaka. Iz slike se vidi da je rame težine tereta jednak polumjeru bloka, a rame druge sile jednako je dva radijusa bloka.

S obzirom na tu snagu F 2 jednaka sili Fpričvršćeni za kraj užeta i koristeći se glavnom svojinom proporcije, dobivamo

Dakle, možemo to zaključiti mobilna jedinica daje dvaput na snazi \u200b\u200bdobitak.

Sada to možemo zaključiti korišćenjem jednostavnih mehanizama možemo dobiti snagu.

Postavlja se logično pitanje: Da li je moguće dobiti dobitak na radu pomoću jednostavnog mehanizma? Ako je primijenjena sila manja od težine tereta, hoće li rad biti manji od rada podizanja tereta bez korištenja mehanizma?

Stavite iskustvo. Ravnomjerno ćemo podići teret na određenu visinu pomoću pomičnog bloka (zanemarujemo silu gravitacije bloka i silu trenja).

Rad sile koja se primjenjuje na navoj jednak je proizvodu sile koja se primjenjuje na navoj i visini podizanja njene točke primjene.

Kao što se može vidjeti na slici, visina podizanja točke primjene sile dvostruko je veća od visine podizanja tereta. Rad dizanja tereta jednak je modulno kao rezultat mase tereta i visine tereta.

Sada uporedite dva dela. Istovremeno, uzimamo u obzir da je sila koja se primjenjuje na kraj užeta približno dva puta manja od težine tereta.

Uzimajući u obzir ovu činjenicu, dobijamo da je rad podizanja tereta jednak radu sile koja se primjenjuje na navoj.

Na ovaj način upotreba mobilne jedinice ne donosi dobitak u radu. Budući da se dobija jačina od 2 puta po jačini i 2 puta u tranzitu.

Slično tome, možemo pristupiti razmatranju poluge. Da bi se to postiglo, dvije različite modulo-sile su uravnotežene na ručici, a ručica je pokrenuta.

Ako izmjerimo udaljenosti koja su prešla veće i manje sile i module ovih sila, dobit ćemo to putanje kojima su se kretale točke primjene sila na polugu obrnuto su proporcionalne silama.

Dakle, kao i u slučaju pokretne jedinice, to možemo zaključiti djelujući na dugu ruku poluge, pobjeđujemo u snazi, ali istovremeno gubimo isto vrijeme na putu.Budući da je produkt sile na putu rad, tada je u tom slučaju dobitak na poslu ne funkcionira.

Kao što je pokazala vjekovna praksa, nijedan mehanizam ne donosi dobitak u radu. Ova se izjava naziva Zlatno pravilo mehanike. Ako uz pomoć bilo kojeg jednostavnog mehanizma pobijedimo u snazi, tada isti put gubimo na putu.

Da li je moguće strogu ravnopravnost postaviti između njih kada uspoređujete djela? Uostalom, pri donošenju ovog ili onog zaključka, uveden je uvjet da se sila zaprezanja koja djeluje na blok i sila trenja u bloku može zanemariti? Međutim, trenje postoji. Prisutan je u svim mehanizmima. A gravitacija, koja djeluje i na sam blok, takođe postoji. Čak i ako ne dolazi do podizanja jednostavnog mehanizma ili njegovih dijelova (kao u slučaju fiksne jedinice), potrebno je izvesti dodatnu silu za njegovo pokretanje, tj. Za prevladavanje inercije mehanizma. Stoga sila koja se primjenjuje na mehanizam mora zapravo obaviti više posla nego što je koristan rad podizanja tereta.

Pozvan je rad sile koja se primjenjuje na mehanizam potrošeno ili pun rad. A korisno je rad podizanja samo samog tereta.

Ako uzmete u obzir bilo koji mehanizam, onda koristan rad uvek samo delić ukupnog rada. Označiti koristan rad kao A P, i potrošio - A 3 . Odnos korisnog rada i utrošenog rada naziva se koeficijentom efikasnosti mehanizma (skraćena efikasnost).

Učinkovitost je označena malim grčkim slovom h (ovo) i najčešće se izražava kao postotak. Od tada koristan rad uvek manje nego savršena, onda je efikasnost mehanizma uvijek manja od 100%.

Vježbe.

Zadatak 1 Koja je najmanja sila koja se mora primijeniti na kraj užeta za podizanje vreće cementa od 50 kg s pomičnim blokom? Na koju visinu će se torba podići kad se izvrši ova sila od 2500 J?

Zadatak 2 Ploča težine 120 kg ravnomjerno je podignuta pomičnim blokom do visine od 16 m u razdoblju od 40 s. Uzimajući u obzir efikasnost od 80%, a masa bloka - 10 kg, odredite puni rad i razvijenu snagu.

Ključni nalazi:

– Blok - Ovo je jedna od sorti poluge, a to je točak sa žlebom, postavljen u kavez. Razlikovati između pomičnih i fiksnih blokova.

– Fiksni blok - ovo je blok čija je os rotacije fiksirana i pri podizanju utega se ne diže i ne spušta.

– Pokretna jedinica - Ovo je blok čija se osi rotacije uzdiže i pada sa teretom.

– Fiksni blok ne daje dobitak na snazi, nego samo mijenja svoj smjer.

– Pokretna jedinicaako zanemarimo trenje i težinu samog bloka, daje dobit u snazi dva puta.

– Zlatno pravilo mehanikeprema kojoj koliko puta pobijedimo u snazi, gubimo isto toliko puta na putu.

– Koeficijent performansi Mehanizam pokazuje koliko je dobro urađenog rada učinjeno savršenom primijenjenom silom.

– Korisni posao uvek manje nego savršena. Koeficijent performansi bilo kojeg mehanizma manje od 100%.

Pokretna jedinica razlikuje se od stacionarne po tome što njegova osovina nije fiksna, te se može podići i pasti s teretom.

Slika 1. Mobilna jedinica

Poput fiksnog bloka, pokretni blok sastoji se od istog kotača s kabelskim žljebom. Međutim, jedan kraj kabela je ovdje fiksiran, a kotač je pomičan. Točak se kreće s teretom.

Kao što je Arhimedes napomenuo, mobilna jedinica je u osnovi poluga i radi na istom principu, dajući snagu zbog razlike u ramenima.

Slika 2. Sila i ramena snaga u pokretnom bloku

$$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $ $

Dakle, pomična jedinica daje dva puta dobitak na snazi.

Slika 3. Kombinacija fiksnih i pokretnih blokova

Ispitali smo idealne blokove, odnosno one u kojima djelovanje sila trenja nije uzimano u obzir. Za stvarne blokove potrebno je uvesti korektivne faktore. Koristite sljedeće formule:

Fiksni blok

$ F \u003d f 1/2 mg $

$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?

Kretanje tereta će biti upola dulje od dužine odabranog užeta:

Rad koji obavlja utovarivač jednak je proizvodu primijenjenog napora za pomicanje tereta: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Izvedeni radovi na opterećenju:

Odgovor: Masa kutije je 32,65 kg. Duljina odabranog konopa je 14 m. Obavljeni posao je 2240 J i ne ovisi o načinu podizanja tereta, već samo o masi tereta i visini dizala.

Zadatak 2

Koji teret se može podići pomičnim blokom težine 20 N, ako povučete konop snage 154 N?

Pišemo pravilo momenata za pokretni blok: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, pri čemu je $ f $ korekcijski faktor za uže.

Tada je $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Odgovor: Težina tereta 260 N.

Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispitivanja: jednostavni mehanizmi, efikasnost mehanizma.

Mehanizam - Ovo je uređaj za pretvaranje sile (njegovo povećanje ili smanjenje).
Jednostavni mehanizmi - Ovo je poluga i nagnuta ravnina.

Poluga

Poluga - Ovo je čvrsto tijelo koje se može okretati oko fiksne osi. U fig. 1) prikazana je poluga sa osi rotacije. Sile i primjenjuju se na krajeve poluge (točke i). Ramena ovih sila jednaka su, odnosno.

Uslov za ravnotežu poluge dat je pravilom momenata:, odakle

Sl. 1. poluga

Iz ovog omjera proizlazi da poluga daje dobitak snage ili udaljenosti (ovisno o namjeni za koju se koristi) onoliko puta koliko je veće rame dulje od manjeg.

Na primjer, da biste podigli teret od 700 N sa snagom od 100 N, morate uzeti polugu u omjeru 7: 1 i staviti opterećenje na kratko rame. Pobijedit ćemo 7 puta u snazi, ali izgubiti koliko puta u daljini: kraj duge ruke opisat će 7 puta veći luk od kraja kratke ruke (tj. Opterećenja).

Primjeri poluge koja povećava snagu su lopata, makaze, kliješta. Vesla za vesla je poluga koja donosi dobitak na daljini. I obične poluge su jednake ruke, ne dobivaju na daljini niti u snazi \u200b\u200b(inače se mogu koristiti za vaganje kupaca).

Fiksni blok.

Važan oblik poluge je blok - točak sa žlebom fiksiranim u kavezu, duž koga se provlači konopac. U većini zadataka konop se smatra bestežinskom neprolaznom nitom.

U fig. Na slici 2 prikazan je fiksni blok, tj. Blok s fiksnom osi rotacije (koji prolazi okomito na ravninu figure kroz točku).

Na desnom kraju niti u točki fiksira se težina. Podsjetimo da je tjelesna težina sila kojom tijelo pritisne ovjes ili rasteže ovjes. U tom se slučaju težina primjenjuje na mjestu na kojem je teret pričvršćen na navoj.

Sila se primjenjuje na lijevi kraj niti u točki.

Polica sile je gdje je polumjer bloka. Težina ramena je jednaka. To znači da je fiksni blok jednaka ramenom ramenu i stoga ne daje dobitak niti na snazi \u200b\u200bni na daljini: prvo, imamo jednakost, i drugo, u procesu pomeranja tereta i navoja, pomicanje točke jednako je premještanju tereta.

Zašto nam onda treba fiksni blok? Korisno je jer vam omogućava promjenu smjera napora. Obično se fiksna jedinica koristi kao dio složenijih mehanizama.

Pokretna jedinica.

U fig. 3 na slici pokretni blokčija se os pomera sa teretom. Vučemo konac silom koja se primjenjuje u točki i usmjerena prema gore. Blok se rotira i istovremeno se kreće prema gore, podižući teret visi na niti.

U određenom trenutku, fiksna točka je točka, a oko nje se blok rotira („prešao bi“ kroz točku). Oni također kažu da trenutno os rotacije bloka prolazi kroz točku (ova je osovina usmjerena okomito na ravninu figure).

Težina opterećenja primjenjuje se u točki pričvršćivanja tereta na nit. Leverage je jednak.

Ali rame sile s kojom povlačimo nit ispada da je dvostruko veće: jednako je. Prema tome, uvjet za ravnotežu opterećenja je jednakost (kao što vidimo na slici 3: vektor je dva puta kraći od vektora).

Shodno tome, pomična jedinica dvaput daje na snazi \u200b\u200bdobitak. Istodobno, međutim, gubimo ista dva puta u daljini: da bismo podigli opterećenje za jedan metar, točka će se morati pomaknuti za dva metra (to jest razvući dva metra navoja).

Na bloku na sl. 3 postoji jedan nedostatak: povlačenje niti (po tački) nije dobra ideja. Slažete se da je mnogo prikladnije povući nit dolje! Tu nam pomaže fiksni blok.

U fig. Slika 4 prikazuje mehanizam za podizanje, koji je kombinacija pomične jedinice sa fiksnim. Opterećenje se suspendira iz pomičnog bloka, a kabel se dodatno baca preko fiksnog bloka, što omogućava povlačenje kabela prema dolje da se teret podigne. Vanjska sila na kablu je opet naznačena vektorom.

U osnovi, ovaj se uređaj ne razlikuje od pokretne jedinice: s njim dobijamo i dvostruko povećanje snage.

Nagnuta ravnina.

Kao što znamo, teška cijev je lakše kotrljati se po nagnutim nogostupima nego vertikalno podizati. Mostovi su, dakle, mehanizam koji daje dobit u snazi.

U mehanici se takav mehanizam naziva nagnuta ravnina. Nagnuta ravnina - Ovo je ravna ravna površina koja se nalazi pod određenim uglom prema horizontu. U ovom slučaju kažu kratko: „nagnuta ravnina sa uglom“.

Pronalazimo silu koja se mora primijeniti na opterećenje mase da bi se ravnomjerno podigla duž glatke nagnute ravnine s uglom. Ta se sila, naravno, usmjerava duž nagnute ravnine (Sl. 5).

Odaberite os kao što je prikazano na slici. Budući da se opterećenje kreće bez ubrzanja, sile koje djeluju na njega uravnotežene su:

Projeciramo na os:

To je takva sila koja se mora primijeniti za pomicanje tereta prema nagnutoj ravnini.

Za jednoliko podizanje okomitog tereta potrebno je primijeniti silu jednaku istoj. To se vidi od tada. Nagnuta ravnina zaista daje dobitak čvrstoće, a što je veći, manji je kut.

Široko korištene sorte nagnute ravnine su klin i vijak.

Zlatno pravilo mehanike.

Jednostavan mehanizam može dobiti dobitak na snazi \u200b\u200bili na daljinu, ali ne može dobiti dobitak u radu.

Na primjer, poluga sa omjerom ramena 2: 1 dvaput daje snagu. Da biste podigli teret na manje rame, morate primijeniti silu na veće rame. Ali da biste podigli opterećenje na visinu, veće rame će morati biti spušteno, a savršen rad će biti jednak:

tj. ista vrijednost kao i bez upotrebe poluge.

U nagnutoj ravnini dobijamo na snazi, jer na opterećenje primjenjujemo silu manju od gravitacije. Međutim, da bismo podigli teret na visinu iznad početnog položaja, moramo hodati stazom duž nagnute ravnine. Pri tome i radimo

tj. isto kao kod podizanja tereta okomito.

Te su činjenice manifestacije takozvanog zlatnog pravila mehanike.

Zlatno pravilo mehanike. Nijedan od jednostavnih mehanizama ne donosi dobitak u radu. Koliko puta pobijedimo u snazi, koliko puta izgubimo u daljini i obrnuto.

Zlatno pravilo mehanike nije ništa drugo do jednostavna verzija zakona očuvanja energije.

Efikasnost mehanizma.

U praksi morate razlikovati korisni rad A korisno, što mora biti učinjeno uz pomoć mehanizma u idealnim uvjetima bez ikakvih gubitaka i potpunim radom Apuni
što se radi u istu svrhu u stvarnoj situaciji.

Potpuni rad jednak je iznosu:
-uporabni rad;
- rad protiv trenja u različitim dijelovima mehanizma;
-radba izrađena pomicanjem sastavnih elemenata mehanizma.

Dakle, prilikom dizanja tereta s polugom također se mora raditi na prevladavanju trenja u osi ručice i samoj pokretanju poluge, koja ima određenu težinu.

Potpuni rad je uvijek korisniji. Omjer korisnog i punog rada naziva se koeficijentom učinka (COP) mehanizma:

=Akorisno / Apuni

Učinkovitost se obično izražava kao postotak. Efikasnost stvarnih mehanizama je uvijek manja od 100%.

Izračunavamo efikasnost nagnute ravnine sa uglom u prisustvu trenja. Koeficijent trenja između površine nagnute ravnine i opterećenja jednak je.

Neka se masno opterećenje ravnomjerno uzdiže pod nagnutom ravninom pod djelovanjem sile od točke do točke prema visini (sl. 6). U suprotnom smjeru od pokreta, sila trenja klizanja djeluje na opterećenje.

Nema ubrzanja, stoga su snage koje djeluju na opterećenje uravnotežene:

Projektiramo na X osi:

. (1)

Projektiramo na osi Y:

. (2)

Takođe

, (3)

Iz (2) imamo:

Tada od (3):

Zamijenivši ovo u (1), dobivamo:

Ukupni rad jednak je proizvodu sile F i putanji kojom tijelo prolazi po površini nagnute ravnine:

Afull \u003d.

Korisni rad je očigledno jednak:

Akorisno \u003d.

Za željenu efikasnost dobijamo.

Bibliografski opis: Shumeiko A.V., Vetashenko O. G. Savremeni prikaz jednostavnog „blok“ mehanizma proučavan u udžbenicima fizike za 7. razred // Mladi naučnik. - 2016. - Broj 2. - S. 106-113. 07.07.2019).

Udžbenici fizike za 7. razred prilikom proučavanja jednostavnog blok mehanizma različito tumače dobitak u sila pri podizanju tereta sa pomoću ovog mehanizma, na primjer: in udžbenik Pyoryshkina A. B. dobitak u snaga se postiže pomoću pomoću kotača bloka, na koji djeluju sile poluge, i u udžbeniku Gendenstein L. E. Isti dobitak dobijamo i sa pomoću kabla, na koji djeluje sila zatezanja kabla. Različiti udžbenici, različiti predmeti i različite sile - za dobivanje pobjede u sila pri podizanju tereta. Stoga je svrha ovog članka potraga za objektima i snage sa kojom dobit u sila prilikom podizanja tereta jednostavnim blok mehanizmom.

Ključne riječi:

Prvo ćemo se upoznati i uporediti kako se dobija u snazi \u200b\u200bpodižući teret jednostavnim blok mehanizmom u udžbenicima fizike za 7. razred, jer ćemo u tablicu staviti izvode iz udžbenika s istim konceptima.

Pyoryshkin A. V. Fizika. 7. razred.

§ 61. Primena pravila balansa poluge na blok, str. 180–183.

Gendenshtein L.E. Fizika. 7. razred.

§ 24. Jednostavni mehanizmi, str. 188–196.

"Blok To je točak sa utorom, utvrđen u kavezu. Konop, sajla ili lanac prolazi kroz prorez bloka.

"Fiksni blokzovu takav blok čija je os fiksna i ne diže se i ne pada prilikom podizanja robe (sl. 177).

Fiksni blok može se smatrati polugom jednake ruke u kojoj su ramena sile jednaka polumjeru kotača (Sl. 178): OA \u003d OV \u003d r.

Takav blok ne daje dobitak na snazi.

(F1 \u003d F2), ali vam omogućuje promjenu smjera sile. "

„Da li fiksni blok dobija na snazi? ... na slici 24.1a, kabl se povlači silom koju je ribolovac iznio na slobodni kraj kabela. Napeta snaga kabela ostaje konstantna duž kabla, dakle, sa strane kabela do opterećenja (riba ) djeluje ista modulna sila. Prema tome, fiksni blok ne daje snagu.

6.Kako koristiti nepokretni blok da dobijete snagu? Ako se osoba digne sebekao što je prikazano na slici 24.6, tada se težina osobe distribuira na dva dijela kabela (na suprotnim stranama bloka). Stoga se osoba uzdiže primjenjujući silu koja je upola manja. “

„Pomični blok je blok čija se osovina uzdiže i spušta s teretom (Sl. 179).

Na slici 180 prikazana je odgovarajuća poluga: O - temelj poluge,

AO je rame sile P i OB je rame sile F.

Pošto je OV rame 2 puta veće od ramena OA,

tada je sila F 2 puta manja od sile P: F \u003d P / 2.

Na ovaj način mobilna jedinica daje dobitak usila 2 puta ".

"5. Zašto mobilna jedinica daje dobitak uforsiratidva puta?

Ravnomjernim podizanjem tereta, pokretna se jedinica također kreće jednoliko. Dakle, rezultat svih sila koje su primijenjene na njega je nula. Ako se masa bloka i trenje u njemu mogu zanemariti, tada možemo pretpostaviti da se na blok primjenjuju tri sile: težina tereta P usmjerena prema dolje i dvije identične sile napetosti kabla F usmjerene prema gore. Kako je rezultirajuća od tih sila jednaka nuli, tada je P \u003d 2F, tj. masa tereta je 2 puta veća od sile zatezanja kabla. Ali sila zatezanja kabela je upravo sila koja se primjenjuje prilikom podizanja tereta uz pomoć pomičnog bloka. Tako smo dokazali da mobilna jedinica daje dobitak u sila 2 puta ".

„Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog bloka sa pokretnim blokom (Sl. 181).

Fiksna jedinica služi samo radi praktičnosti. Ne daje dobit u snazi, ali mijenja smjer sile, na primjer, omogućava vam podizanje tereta, stojeći na zemlji.

Sl. 181. Kombinacija pomičnih i fiksnih blokova - polispast. "

"12. Na slici 24.7 prikazan je sistem

blokove. Koliko ima pokretnih blokova i koliko nepomičnih?

Koliki je dobitak snage takav sistem blokova, ako trenjem i

da li se masa blokova može zanemariti? " .

Slika 24.7. Odgovor na stranici 240: „12. Tri pokretna bloka i jedan nepomično; 8 puta. "

Da biste saželi upoznavanje i upoređivanje tekstova i figura u udžbenicima:

Dokazi o pojačanju snage u udžbeniku A. Poryshkina se izvodi na blok kolu, a gluma je snaga poluge; pri podizanju tereta fiksni blok ne daje snagu na snazi, a pomični blok daje 2-puta jačanje čvrstoće. Nigdje se ne spominje kabel na kojem teret visi na fiksnoj jedinici i pomična jedinica s teretom.

S druge strane, u udžbeniku L. E. Gendenshteina dokaz o povećanju snage vrši se na kablu na kojem visi opterećenje ili pomična jedinica s opterećenjem, a djelujuća sila je napetost kabela; Pri podizanju tereta fiksni blok može dobiti dvostruko povećanje snage, ali ne spominje se poluga na kotaču bloka.

Potraga za literaturom s opisom dobivanja moći u bloku i kablu dovela je do "Elementarnog udžbenika fizike" koji je u §84 uredio akademik G. S. Landsberg. Jednostavni strojevi na stranicama 168-175 daju se opisi: "jednostavan blok, dvostruki blok, kapija, lančana dizalica i diferencijalni blok." Doista, u svom dizajnu, "dvostruki blok daje dobitak snage prilikom dizanja tereta zbog razlike u duljini radijusa blokova", kojom se teret podiže, a "dizalica lanca daje dobitak na snazi \u200b\u200bpri podizanju tereta, zbog užadi , na nekoliko dijelova od kojih visi teret. " Tako je bilo moguće saznati zbog čega se dobija čvrstoća prilikom podizanja tereta, odvojeno bloka i kabela (konopa), ali nije bilo moguće saznati kako blok i kabel međusobno djeluju i prenose težinu tereta jedan na drugoga, jer teret može biti suspendiran na sajlu , a kabel se baca preko bloka ili opterećenje može visiti na bloku, a blok visi na kablu. Pokazalo se da je sila napona kabla konstantna i djeluje duž cijele duljine kabla, pa će prijenos težine tereta kablom u blok biti na svakoj točki dodira kabela i bloka, kao i prijenos težine opterećenja suspendiranog na blok na kabel. Da bismo razjasnili interakciju jedinice sa kablom, provest ćemo eksperimente na jačanju snage s mobilnom jedinicom, prilikom podizanja tereta, koristeći opremu školskog kabineta za fiziku: dinamometre, laboratorijske blokove i skup opterećenja u 1N (102 g). Počinjemo s eksperimentima s pokretnim blokom, jer imamo tri različite verzije sticanja snage u bloku. Prva verzija je „Sl. 180. Mobilna jedinica kao poluga s nejednakim ramenima “- udžbenik A. Poryshkina, drugi„ Fig.24.5 ... dvije identične sile zatezanja kabela F “, - prema Gendensteinovom udžbeniku L. E. i na kraju treći„ Fig. 145. Polyspast “ . Podizanje tereta s pomičnim kavezom lančane dizalice na nekoliko dijelova jednog užeta - prema udžbeniku G. Landsberg G.

Iskustvo br. 1 "Sl. 183"

Za provođenje eksperimenta br. 1, pojačajte snagu na pokretnom bloku pomoću „poluge s nejednakim rukama OAB fig. 180“ prema udžbeniku A. Peryshkina, na mobilnom bloku „Sl. 183“, pozicija 1, nacrtajte polugu s nejednakim ramenima OAV-a, kao na "Sl. 180", i počnite podizati teret iz položaja 1 u položaj 2. U tom trenutku, blok se počinje okretati, u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, oko svoje osi u točki A, a točka B - kraj poluge iznad koje dizalo ide onkraj polukruga, duž kojeg se kabel odozdo savija oko pokretnog bloka. Točka O - točka oslonca ručice, koja mora biti fiksirana, spušta se, vidi "Sl. 183" - položaj 2, odnosno, poluga s nejednakim ramenima OAB se mijenja poput poluge s jednakim ramenima (iste staze prolaze točke O i B).

Na temelju podataka dobivenih u pokusu br. 1 o promjenama položaja OAB poluge na pomičnom bloku prilikom podizanja robe s položaja 1 na položaj 2, možemo zaključiti da je prikaz pomičnog bloka kao poluge s nejednakim ramenima na "Sl. 180", prilikom podizanja opterećenja, s okretanjem bloka oko svoje osi, odgovara poluzi s jednakim ramenima, koja ne daje dobitak na snazi \u200b\u200bpri podizanju tereta.

Počet ćemo eksperiment br. 2 tako što ćemo na krajeve kabla pričvrstiti dinamometre, na koje ćemo objesiti pokretnu jedinicu težine 102 g, što odgovara težini od 1 N. Jedan od krajeva kabla pričvrstit ćemo na ovjes, a na drugom kraju kabla ćemo podići opterećenje mobilne jedinice. Prije podizanja očitavanja oba dinamometra na 0,5 N, na početku podizanja očitavanja dinamometra, tijekom kojih se podizanje mijenja, promijenili su na 0,6 N i tako ostali tijekom podizanja, na kraju podizanja očitanja vratili su se na 0,5 N. Očitavanja dinamometra fiksirana fiksna suspenzija nije se mijenjala tokom uspona i ostala je jednaka 0,5 N. Analizirajmo rezultate eksperimenta:

Prije podizanja, kada teret od 1 N (102 g) visi na pomičnom bloku, težina tereta se raspoređuje na cijeli kotač i prebacuje se na kabel, koji se sa bloka savija s dna, cijelim polukrugom kotača.
Prije podizanja očitavanja oba dinamometra na 0,5 N, što ukazuje na raspodjelu težine opterećenja od 1 N (102 g) u dva dijela kabela (prije i poslije bloka) ili da je sila zatezanja kabela 0,5 N, i ista duž cijele dužine kabela (koji je na početku isti na kraju kabela) - obje ove izjave su istinite.

Uporedimo analizu iskustva broj 2 sa verzijama udžbenika o jačanju snage dva puta s pokretnim blokom. Započinjemo s tvrdnjom iz udžbenika Gendenstein L.E. "... da se na blok primjenjuju tri sile: težina opterećenja P usmjerena prema dolje i dvije identične sile napetosti kabela usmjerene prema gore (Sl. 24.5)." Izjava da je težina tereta u „Sl. 14.5 ”je raspodeljeno na dva dela kabla, pre i posle bloka, jer je naponska sila kabla jedna. Ostaje analizirati potpis za „Sl. 181“ iz udžbenika A. V. Peryshkina „Kombinacija pomičnih i fiksnih blokova - remenica“. Opis uređaja i dobivanja snage pri podizanju tereta s lančanom dizalicom dat je u Osnovnoj udžbenici fizike, ed. Lansberg G. S. gdje se kaže: „Svaki komad užeta između blokova djelovat će na pokretni teret sa snagom T, a svi komadi užeta djeluju snagom nT, gdje je n broj zasebnih dijelova užeta koji povezuju oba dijela bloka.“ Ispada da ako primijenimo pojačani udio snage na „Sl. 181“ pomoću „konopca koji povezuje oba dijela“ lančanog bloka iz udžbenika fizike G. S. Landsberga, tada ćemo opisati pojačanje snage pomoću pomičnog bloka na „Sl. 179, odnosno, Sl. 180 ”je greška.

Analizirajući četiri udžbenika fizike, možemo zaključiti da postojeći opis dobivanja moći jednostavnim blok mehanizmom ne odgovara stvarnoj situaciji i stoga zahtijeva novi opis rada jednostavnog blok mehanizma.

Jednostavna oprema za dizanje sastoji se od bloka i užeta (konop ili lanac).

Blokovi ovog mehanizma za dizanje dijele se na:

po dizajnu jednostavna i složena;

metodom podizanja tereta na pokretne i nepomične.

Upoznavanje sa dizajnom blokova počet će sa jednostavan blok, koji je točak koji se okreće oko svoje osi, sa žljebom oko oboda za uže (konop, lanac) Sl. 1 i može se smatrati jednakom rukom, u kojoj su ramena sile jednaka polumjeru kotača: OA \u003d OV \u003d r. Takva jedinica ne daje dobitak na snazi, ali vam omogućuje promjenu smjera kretanja kabela (konop, lanac).

Dvostruki blok sastoji se od dva bloka različitih radijusa, čvrsto učvršćenih zajedno i montiranih na zajedničkoj osi sa slike 2. Polumjeri blokova r1 i r2 su različiti i pri podizanju tereta djeluju kao poluga s neujednačenim ramenima, a dobitak čvrstoće bit će jednak omjeru dužina radijusa bloka većeg promjera i bloka manjeg promjera F \u003d P · r1 / r2.

Gateway sastoji se od cilindra (bubnja) i držača pričvršćenog na njega, koji djeluje kao blok velikog promjera. Dobitak koji se daje ogrlicom određuje se omjerom polumjera kruga R opisanog ručkom i polumjerom cilindra r, na kojem je uže F \u003d P · r / R.

Prijeđimo na metodu podizanja tereta u blokovima. Iz opisa dizajna svi blokovi imaju os oko koje se okreću. Ako je os bloka fiksirana i pri podizanju robe se ne diže i pada, tada se takav blok zove fiksni blokjednostavan blok, dvostruki blok, kapija.

At valjakos se podiže i spušta s opterećenjem sa slike 10 i namijenjena je uglavnom uklanjanju nagiba sajle na mjestu ovjesa tereta.

Upoznajmo se s uređajem i načinom podizanja drugog dijela jednostavnog mehanizma za podizanje - sajle, konopa ili lanca. Kabel je uvijen od čeličnih žica, konop je uvijen od niti ili niti, a lanac se sastoji od veza međusobno povezanih.

Načini obustave tereta i pojačanja, prilikom podizanja tereta, sajlom:

U fig. 4, teret je fiksiran na jednom kraju kabela i ako podižete teret na drugom kraju kabela, tada će se za podizanje tog tereta zahtijevati sila nešto veća od težine tereta, jer jednostavna jedinica za pojačanje na snazi \u200b\u200bne daje F \u003d R.

Na slici 5 radnik se diže kablom koji se savija oko jednostavnog bloka, a sjedište na kojem radnik sjedi je pričvršćeno na jednom kraju prvog dijela kabla, a radnik se podiže za drugi dio kabela sa snagom 2 puta manjom od njegove težine, jer se težina radnika raspoređivala na dva dijela kabla, prvi od sjedišta do bloka, a drugi iz bloka u ruke radnika F \u003d P / 2.

Na slici 6, dva radnika podižu teret dvama kablovima i težina tereta se ravnomjerno raspoređuje između kablova, pa će svaki radnik podići teret snagom polovine težine tereta F \u003d P / 2.

Na slici 7 radnici podižu teret koji visi na dva dijela jednog kabela i težina tereta se ravnomjerno raspoređuje između dijelova ovog kabla (kao između dva kabela) i svaki radnik će podići teret snagom jednakom polovici težine tereta F \u003d P / 2.

Na slici 8, kraj kabla, na koji je jedan od radnika podigao teret, pričvršćen je na fiksnu ovjes, a težina tereta raspodijeljena je na dva dijela kabla i kad je radnik dizao teret, drugi se kraj kabla udvostručio, sila kojom će radnik podići teret manja težina F \u003d P / 2 i opterećenje će biti 2 puta sporije.

Na slici 9 opterećenje visi na 3 dijela jednog kabela, čiji je jedan kraj fiksiran i dobitak na snazi \u200b\u200bpri podizanju tereta će biti 3, jer će se težina tereta rasporediti na tri dijela kabela F \u003d R / 3.

Kako bi se uklonili savijanje i smanjila sila trenja, na mjesto ovjesa tereta postavlja se jednostavan blok, a sila potrebna za podizanje tereta nije se promijenila, jer jednostavan blok ne daje pojačanje čvrstoće sa slike 10 i slike 11, a sam blok će se nazvati pokretni blok, s obzirom da se os ovog bloka uzdiže i pada sa opterećenjem.

Teoretski, teret se može obustaviti na neograničenom broju dijelova jednog kabla, ali su praktično ograničeni na šest dijelova, a takav mehanizam za podizanje naziva se blok remenica, koji se sastoji od fiksnog i pomičnog držača s jednostavnim blokovima, koji se naizmenično savijaju sajlom, pričvršćenim na jednom kraju fiksnim držačem, a teret se podiže na drugom kraju kabela. Pojačanje snage ovisi o broju dijelova kabela između fiksnih i pomičnih hvataljki, u pravilu je 6 dijelova kabela, a dobitak snage 6 puta.

Članak govori o interakcijama u stvarnom životu između blokova i kabela prilikom podizanja tereta. Dosadašnja praksa u određivanju da "fiksni blok ne daje snagu na snazi, a pokretni blok daje dobitak snage dva puta" pogrešno je protumačio interakciju kabla i bloka u mehanizmu za podizanje i nije odrazio čitavu raznolikost blokovskih dizajna, što je dovelo do razvoja jednostranih pogrešnih ideja o blok. U usporedbi s postojećim količinama materijala za proučavanje jednostavnog mehanizma bloka, volumen članka povećao se za 2 puta, ali to je omogućilo jasno i razumljivo objašnjenje procesa koji se odvijaju u jednostavnom mehanizmu za podizanje tereta ne samo za učenike, već i za nastavnike.

Reference:

Poryshkin, A. V. Fizika, 7. razred .: udžbenik / A. V. Poryshkin.- 3. izd., Dodatno.- M .: Drofa, 2014, - 224 c,: ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Primena pravila ravnoteže poluge na blok, str. 181–183.
Gendenstein, L.E. Physics. 7. razred. U 2 sata, 1. dio Udžbenik za obrazovne ustanove / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; pod uredništvom od V. A. Orlova, I. I. Roisen, 2. izd., Rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 str.: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Jednostavni mehanizmi, str. 188–196.
Osnovni udžbenik fizike, uredio akademik G. S. Landsberg Svezak 1. Mehanika. Warmth. Molekularna fizika - 10. izd. - Moskva: Nauka, 1985. § 84. Jednostavne mašine, str. 168–175.
Gromov, S. V. Fizika: Udžbenik. za 7 cl. opšte obrazovanje. institucije / S. V. Gromov, N.A. Rodina.- 3. izd. - M .: Obrazovanje, 2001.-158 s,: bolesno. ISBN-5–09–010349–6. § 22. Blok, str. 55 -57.

Ključne riječi: blok, dvostruki blok, fiksni blok, pomični blok, remenski blok..

Napomena: Udžbenici fizike za 7. razred, pri proučavanju jednostavnog blok mehanizma, različito interpretiraju pojačanje snage prilikom podizanja tereta pomoću ovog mehanizma, na primjer: u udžbeniku A. V. Perišhkina dobitak snage postiže se pomoću blok-kolu, na koju djeluju sile poluge, tj. a u udžbeniku Gendenshteina L. E. isti dobitak dobiva se uz pomoć sajle, na koju djeluje sila zatezanja kabla. Različiti udžbenici, različiti predmeti i različite sile - kako bi se dobila snaga pri podizanju tereta. Stoga je svrha ovog članka potraga za objektima i silama uz pomoć kojih se dobija porast snage prilikom podizanja tereta jednostavnim blok mehanizmom.