Un bloque consta de una o más ruedas (rodillos), envueltas por una cadena, correa o cable. Al igual que una palanca, la unidad reduce la fuerza requerida para levantar la carga, pero además puede cambiar la dirección de la fuerza aplicada.
Debe pagar la distancia por la ganancia de fuerza: cuanto menos esfuerzo se requiere para levantar la carga, mayor es el camino que debe seguir el punto de aplicación de este esfuerzo. El sistema de bloques aumenta la ganancia de resistencia mediante el uso de más cadenas de carga. Dichos dispositivos de ahorro de energía tienen una gama muy amplia de aplicaciones, desde el movimiento hasta la altura de vigas de acero masivas en sitios de construcción hasta levantar banderas.
Al igual que con otros mecanismos simples, los inventores del bloque son desconocidos. Aunque es posible que los bloques existieran antes, la primera mención de ellos en la literatura data del siglo V a. C. y está asociada con el uso de bloques por los antiguos griegos en barcos y teatros.
Sistemas de bloques móviles montados en un riel colgante (figura arriba) ampliamente distribuido en líneas de montaje, ya que facilita enormemente el movimiento de piezas pesadas. La fuerza aplicada (F) es igual al cociente de dividir el peso de la carga (W) por el número de cadenas utilizadas que lo sostienen (n).
Bloques fijos individuales
Este tipo de bloque más simple no reduce la fuerza requerida para levantar la carga, pero cambia la dirección de la fuerza aplicada, como se muestra en las figuras de arriba y justo arriba. Bloque fijo en la parte superior del asta de la bandera, es más fácil levantar la bandera, lo que le permite tirar del cordón al que está atada la bandera.
Bloques móviles individuales
Una sola unidad, con la capacidad de moverse, reduce a la mitad la fuerza requerida para levantar la carga. Sin embargo, una reducción a la mitad de la fuerza aplicada significa que el punto de su aplicación debe durar el doble. En este caso, la fuerza es igual a la mitad del peso (F \u003d 1 / 2W).
Sistemas de bloques
Cuando se usa una combinación de una unidad fija con una unidad móvil, la fuerza aplicada es un múltiplo del número total de cadenas de carga. En este caso, la fuerza es igual a la mitad del peso (F \u003d 1 / 2W).
Carga, suspendido verticalmente a través de la unidad, permite una fuerte tensión de los cables eléctricos horizontales.
Elevador de techo (Figura anterior) consiste en una cadena entrelazada alrededor de un bloque móvil y dos bloques fijos. Levantar una carga requiere una fuerza de solo la mitad de su peso.
Polispast, comúnmente utilizado en grúas grandes (figura a la derecha), consiste en un conjunto de bloques móviles en los que se suspende la carga y un conjunto de bloques fijos unidos al brazo de la grúa. Obteniendo una ganancia de fuerza de tantos bloques, la grúa puede levantar cargas muy pesadas, por ejemplo, vigas de acero. En este caso, la fuerza (F) es igual al cociente de dividir el peso de la carga (W) por el número de cables de soporte (n).
La unidad móvil se diferencia de la unidad estacionaria en que su eje no es fijo y puede subir y bajar con la carga.
Figura 1. Unidad móvil
Al igual que el bloque fijo, el bloque móvil consta de la misma rueda con una rampa para cables. Sin embargo, un extremo del cable está fijo aquí, y la rueda es móvil. La rueda se mueve con la carga.
Como señaló Arquímedes, la unidad móvil es esencialmente una palanca y funciona según el mismo principio, lo que proporciona una ganancia de fuerza debido a la diferencia en los hombros.
Figura 2. Fuerzas y hombros de fuerzas en un bloque en movimiento.
La unidad móvil se mueve con la carga, es como si estuviera acostada sobre una cuerda. En este caso, el punto de apoyo en cada momento estará en el lugar donde el bloque está en contacto con la cuerda en un lado, la carga se aplicará al centro del bloque, donde está montado en el eje, y la fuerza de tracción se aplicará en el lugar de contacto con la cuerda en el otro lado del bloque. . Es decir, el radio del bloque será el hombro del peso corporal, y el diámetro será el hombro de la fuerza de nuestra tracción. La regla de los momentos en este caso se verá así:
$$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$
Por lo tanto, la unidad móvil proporciona una ganancia de fuerza dos veces.
Por lo general, en la práctica, se usa una combinación de un bloque fijo con un bloque móvil (Fig. 3). La unidad fija es solo por conveniencia. Cambia la dirección de la fuerza, permite, por ejemplo, levantar la carga, de pie en el suelo, y la unidad móvil proporciona una ganancia de fuerza.
Figura 3. Combinación de bloques fijos y móviles.
Consideramos bloques ideales, es decir, aquellos en los que no se tuvo en cuenta la acción de las fuerzas de fricción. Para bloques reales, es necesario introducir factores de corrección. Use las siguientes fórmulas:
Bloque fijo
$ F \u003d f 1/2 mg $
En estas fórmulas: $ F $ es la fuerza externa aplicada (generalmente es la fuerza de las manos de una persona), $ m $ es la masa de la carga, $ g $ es el coeficiente de gravedad, $ f $ es el coeficiente de resistencia en el bloque (para circuitos de aproximadamente 1.05, y para cuerdas 1.1).
Usando un sistema de bloques móviles y fijos, el cargador levanta la caja de herramientas a una altura de $ S_1 $ \u003d 7 m, aplicando una fuerza de $ F $ \u003d 160 N. ¿Cuál es la masa de la caja y cuántos metros de cuerda tiene que elegir mientras aumenta la carga? ¿Qué trabajo hará el cargador como resultado? Compárelo con el trabajo realizado en la carga para moverlo. La fricción y la masa del bloque móvil se descuidan.
$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?
La unidad móvil ofrece una doble ganancia de fuerza y \u200b\u200buna doble pérdida de movimiento. Una unidad fija no da una ganancia de fuerza, pero cambia su dirección. Por lo tanto, la fuerza aplicada será la mitad del peso de la carga: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, desde donde encontramos la masa de la caja: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32.65 \\ kg $
El movimiento de la carga será la mitad de la longitud de la cuerda seleccionada:
El trabajo realizado por el cargador es igual al producto del esfuerzo aplicado para mover la carga: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.
Trabajo realizado en la carga:
Respuesta: La masa de la caja es de 32,65 kg. La longitud de la cuerda seleccionada es de 14 m. El trabajo realizado es de 2240 J y no depende del método de elevación de la carga, sino solo de la masa de la carga y la altura de la elevación.
Tarea 2
¿Qué carga se puede levantar con un bloque móvil que pesa 20 N, si tira de una cuerda con una fuerza de 154 N?
Escribimos la regla de los momentos para el bloque móvil: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, donde $ f $ es el factor de corrección para la cuerda.
Entonces $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $
Respuesta: Peso de carga 260 N.
4.1. Elementos estáticos
4.1.7. Algunos mecanismos simples: bloques
Los dispositivos diseñados para mover (elevar, bajar) la carga utilizando la rueda y el hilo que se tira sobre ella, al que se aplica cierta fuerza, se llaman bloques. Distinguir entre bloques fijos y móviles.
Los bloques están diseñados para mover cargas que pesen P → c utilizando la fuerza F → aplicada a la cuerda lanzada sobre la rueda.
Para cualquier tipo de bloques (inmóvil y móvil) se cumple la condición de equilibrio:
d 1 F \u003d d 2 P,
donde d 1 es el hombro de la fuerza F → aplicada a la cuerda; d 2 - el hombro de la fuerza P → (el peso de la carga se movió con la ayuda de esta unidad).
En bloque fijo (Fig. 4.8) los hombros de las fuerzas F → y P → son iguales e iguales al radio del bloque:
d 1 \u003d d 2 \u003d R,
por lo tanto, los módulos de fuerzas son iguales entre sí:
F \u003d P.
Fig. 4.8
Usando un bloque fijo, se puede mover un cuerpo de peso P → aplicando una fuerza F →, cuyo valor coincide con el valor del peso de la carga.
En el bloque móvil (Fig. 4.9), los hombros de las fuerzas F → y P → son diferentes:
d 1 \u003d 2R yd 2 \u003d R,
donde d 1 es el hombro de la fuerza F → aplicada a la cuerda; d 2 - el hombro de la fuerza P → (peso de la carga movida con la ayuda de esta unidad),
por lo tanto, los módulos de fuerzas obedecen a la igualdad:
Fig. 4.9
Usando una unidad móvil, se puede mover un cuerpo de peso P → aplicando una fuerza F →, cuyo valor es la mitad del tamaño del peso de la carga.
Los bloques te permiten mover el cuerpo una cierta distancia:
- un bloque fijo no da una ganancia de fuerza; solo cambia la dirección de la fuerza aplicada;
- la unidad móvil da una ganancia de fuerza de 2 veces.
Sin embargo, tanto los bloques móviles como los fijos no dar una ganancia en trabajo: cuántas veces ganamos en fuerza, tantas veces perdemos en distancia (la "regla de oro" de la mecánica).
Ejemplo 22. Un sistema consta de dos bloques sin peso: uno móvil y otro inmóvil. Una carga que pesa 0,40 kg está suspendida del eje del bloque móvil y toca el piso. Se aplica una cierta fuerza al extremo libre de la cuerda lanzada sobre el bloque fijo, como se muestra en la figura. Bajo la influencia de esta fuerza, la carga se eleva desde un estado de reposo a una altura de 4.0 m en 2.0 s. Encuentra el módulo de fuerza aplicado a la cuerda.
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
2 T ′ - m g \u003d m a,
a \u003d 2 F - m g m.
El camino cubierto por la carga coincide con su altura sobre la superficie del piso y está relacionado con el tiempo de su movimiento t por la fórmula
o teniendo en cuenta la expresión para el módulo de aceleración
h \u003d a t 2 2 \u003d (2 F - m g) t 2 2 m.
Expresamos la fuerza deseada desde aquí:
F \u003d m (h t 2 + g 2)
y calcular su valor:
F \u003d 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) \u003d 2.4 N.
Ejemplo 23. Un sistema consta de dos bloques sin peso: uno móvil y otro inmóvil. Parte de la carga se suspende del eje de la unidad fija como se muestra en la figura. Bajo la acción de una fuerza constante aplicada al extremo libre de la cuerda, la carga comienza a moverse con aceleración constante y se mueve hacia arriba a una distancia de 3.0 m en 2.0 s. Durante el movimiento de la carga, la fuerza aplicada desarrolla una potencia promedio de 12 vatios. Encuentra la masa de carga.
Solución Las fuerzas que actúan sobre los bloques móviles y fijos se muestran en la figura.
Dos fuerzas T → actúan sobre el bloque fijo desde el lado de la cuerda (a ambos lados del bloque); Bajo la influencia de estas fuerzas, el movimiento de traslación del bloque está ausente. Cada una de estas fuerzas es igual a la fuerza F → aplicada al final de la cuerda:
Tres fuerzas actúan sobre el bloque móvil: dos fuerzas de tensión de la cuerda T → ′ (a ambos lados del bloque) y el peso de la carga P → \u003d m g →; Bajo la acción de las fuerzas indicadas, el bloque (junto con la carga suspendida) se mueve hacia arriba con aceleración.
Escribimos la segunda ley de Newton para el bloque móvil en la forma:
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
o en proyección sobre un eje de coordenadas dirigido verticalmente hacia arriba,
2 T ′ - m g \u003d m a,
donde T 'es el módulo de la fuerza de tensión de la cuerda; m es la masa de la carga (masa de la unidad móvil con la carga); g es el módulo de aceleración de caída libre; a - módulo de aceleración de la unidad (la carga tiene la misma aceleración, por lo que hablaremos sobre la aceleración de la carga).
El módulo de la tensión de la cuerda T 'es igual al módulo de la fuerza T:
por lo tanto, el módulo de aceleración de la carga está determinado por la expresión
a \u003d 2 F - m g m.
Por otro lado, la aceleración de la carga está determinada por la fórmula de la distancia recorrida:
donde t es el momento del movimiento de la carga.
La igualdad
2 F - m g m \u003d 2 S t 2
le permite obtener una expresión para el módulo de la fuerza aplicada:
F \u003d m (S t 2 + g 2).
La carga se mueve uniformemente acelerada, por lo que el módulo de su velocidad está determinado por la expresión
v \u003d en
y la velocidad promedio es
〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.
El valor de la potencia promedio desarrollada por la fuerza aplicada está determinado por la fórmula
〈N〉 \u003d F 〈v〉,
o teniendo en cuenta las expresiones para el módulo de fuerza y \u200b\u200bvelocidad media:
〈N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.
Desde aquí expresamos la masa deseada:
m \u003d 4 t 〈N〉 a (2 S + g t 2).
Sustituimos la expresión por aceleración en la fórmula obtenida (a \u003d 2S / t 2):
m \u003d 2 t 3 〈N〉 S (2 S + g t 2)
y calcular:
m \u003d 2 ⋅ (2.0) 3 ⋅ 12 3.0 (2 ⋅ 3.0 + 10 ⋅ (2.0) 2) ≈ 1.4 kg.
Muy a menudo, se utilizan mecanismos simples para ganar fuerza. Es decir, con menos fuerza mover más peso en comparación con él. Además, la ganancia en fuerza no se logra "gratis". La recuperación de la inversión es la pérdida de distancia, es decir, necesita hacer más movimiento que sin usar un mecanismo simple. Sin embargo, cuando las fuerzas son limitadas, el "intercambio" de distancia por fuerza es beneficioso.
Los bloques móviles y fijos son algunos de los tipos de mecanismos simples. Además, son una palanca modificada, que también es un mecanismo simple.
Bloque fijo no da una ganancia de fuerza, solo cambia la dirección de su aplicación. Imagine que necesita levantar una carga pesada por la cuerda. Tendrás que levantarlo. Pero si usa un bloque fijo, necesitará tirar hacia abajo, mientras que la carga se elevará. En este caso, será más fácil para usted, ya que la fuerza necesaria consistirá en la fuerza muscular y su peso. Sin el uso de un bloque fijo, sería necesario aplicar la misma fuerza, pero se lograría únicamente debido a la fuerza muscular.
El bloque fijo es una rueda con una ranura para la cuerda. La rueda está fija, puede girar alrededor de su eje, pero no puede moverse. Los extremos de la cuerda (cable) cuelgan hacia abajo, se sujeta una carga a uno y se aplica fuerza al otro. Si tira del cable hacia abajo, la carga aumenta.
Como no hay ganancia en fuerza, no hay pérdida en la distancia. A medida que aumenta la carga, la cuerda debe bajarse la misma distancia.
Uso bloque rodante da una ganancia en fuerza dos veces (idealmente). Esto significa que si el peso de la carga es F, entonces para levantarla, debe aplicar la fuerza F / 2. La unidad móvil consta de la misma rueda con una ranura para cable. Sin embargo, un extremo del cable está fijo aquí, y la rueda es móvil. La rueda se mueve con la carga.
El peso de la carga es la fuerza hacia abajo. Está equilibrado por dos fuerzas dirigidas hacia arriba. Uno es creado por el soporte al que está conectado el cable, y el otro tirando del cable. La fuerza de tensión del cable es la misma en ambos lados, lo que significa que el peso de la carga se distribuye equitativamente entre ellos. Por lo tanto, cada una de las fuerzas es 2 veces menor que el peso de la carga.
En situaciones reales, la ganancia de fuerza es inferior a 2 veces, ya que la fuerza de elevación se "gasta" parcialmente en el peso de la cuerda y el bloque, así como en la fricción.
La unidad móvil, que da casi el doble de ganancia de fuerza, da una doble pérdida de distancia. Para elevar la carga a una cierta altura h, es necesario que las cuerdas a cada lado del bloque disminuyan en esta altura, es decir, en total se obtienen 2h.
Por lo general, use combinaciones de bloques fijos y móviles: aparejos. Te permiten ganar fuerza y \u200b\u200bdirección. Cuantos más bloques móviles se encuentren en el polipasto de cadena, mayor será la ganancia de fuerza.
Descripción bibliográfica: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Una visión moderna del mecanismo simple de "bloque" estudiado en los libros de texto de física para el grado 7 // Young Scientist. - 2016. - No. 2. - S. 106-113. 07.07.2019).
Los libros de texto de física para el grado 7 al estudiar un mecanismo de bloque simple interpretan de manera diferente la ganancia en fuerza al levantar carga con utilizando este mecanismo, por ejemplo: en libro de texto Pyoryshkina A. B. ganancias en la fuerza se logra con usando la rueda del bloque, sobre la cual actúan las fuerzas de palanca, y en el libro de texto de Gendenstein L. E. La misma ganancia se obtiene con usando un cable, sobre el cual actúa la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes materias y diferentes fuerzas - para recibir una victoria en fuerza al levantar una carga. Por lo tanto, el propósito de este artículo es buscar objetos y fuerzas con por el cual la ganancia en fuerza al levantar la carga con un simple mecanismo de bloqueo.
Palabras claves:
Primero, nos familiarizaremos y compararemos cómo se obtiene ganancia de fuerza al levantar una carga con un mecanismo de bloque simple en los libros de texto de física para el grado 7, para esto colocaremos extractos de libros de texto con los mismos conceptos para mayor claridad en la tabla.
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Pyoryshkin A.V.Física. 7mo grado. § 61. Aplicación de la regla de equilibrio de palanca a un bloque, págs. 180-183 |
Gendenstein L.E. Física. 7mo grado. § 24. Mecanismos simples, págs. 188–196. |
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"Bloque Es una rueda con una ranura, fortificada en una jaula. Se pasa una cuerda, cable o cadena a través de la zanja de un bloque. "Bloque fijollaman a dicho bloque cuyo eje es fijo y no sube ni baja al levantar mercancías (Fig. 177). El bloque fijo puede considerarse como una palanca de igual brazo, en la cual los hombros de las fuerzas son iguales al radio de la rueda (Fig. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Tal bloqueo no da una ganancia de fuerza. (F1 \u003d F2), pero le permite cambiar la dirección de la fuerza ". |
“¿Un bloqueo fijo da una ganancia de fuerza? ... en la figura 24.1a, el cable es arrastrado por la fuerza ejercida por el pescador hasta el extremo libre del cable. La fuerza de tensión del cable permanece constante a lo largo del cable, por lo que desde el lado del cable hasta la carga (pez ) actúa el mismo módulo de fuerza. En consecuencia, un bloque fijo no da una ganancia de fuerza. 6. ¿Cómo usar un bloque fijo para ganar fuerza? Si una persona sube el mismocomo se muestra en la figura 24.6, el peso de la persona se distribuye equitativamente en dos partes del cable (en lados opuestos del bloque). Por lo tanto, una persona se eleva aplicando una fuerza que es la mitad de su peso ". |
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“Un bloque móvil es un bloque cuyo eje sube y baja con la carga (Fig. 179).
La Figura 180 muestra la palanca correspondiente: O es el punto de apoyo de la palanca, AO es el hombro de la fuerza P y OB es el hombro de la fuerza F. Como el hombro OV es 2 veces más grande que el hombro OA, entonces la fuerza F es 2 veces menor que la fuerza P: F \u003d P / 2. De esta manera la unidad móvil da una ganancia enfuerza 2 veces ". |
"5. ¿Por qué el bloque móvil da una ganancia enforzardos veces Con una elevación uniforme de la carga, la unidad móvil también se mueve de manera uniforme. Entonces la resultante de todas las fuerzas aplicadas es cero. Si la masa del bloque y la fricción en él pueden descuidarse, entonces podemos suponer que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P dirigida hacia abajo y dos fuerzas de tensión de cable idénticas F dirigidas hacia arriba. Como la resultante de estas fuerzas es cero, entonces P \u003d 2F, es decir el peso de la carga es 2 veces mayor que la fuerza de tensión del cable. Pero la fuerza de tensión del cable es precisamente la fuerza que se aplica al levantar una carga con la ayuda de un bloque móvil. Entonces probamos que la unidad móvil da una ganancia en fuerza 2 veces ". |
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“Por lo general, en la práctica, se usa una combinación de un bloque fijo con un bloque móvil (Fig. 181). La unidad fija es solo por conveniencia. No proporciona una ganancia de fuerza, pero cambia la dirección de la fuerza, por ejemplo, le permite levantar la carga, de pie en el suelo.
Figura 181. La combinación de bloques móviles y fijos - polispast ". |
"12. La figura 24.7 muestra el sistema bloques ¿Cuántos bloques móviles hay y cuántos son estacionarios? ¿Cuál es la ganancia de potencia dada por dicho sistema de bloques, si por fricción y ¿se puede descuidar la masa de bloques?
Figura 24.7. Respuesta en la página 240: "12. Tres unidades móviles y una inmóvil 8 veces ". |
Para resumir la familiarización y comparación de textos y figuras en libros de texto:
Evidencia de ganar fuerza en el libro de texto A. Poryshkina se lleva a cabo en la rueda de bloqueo y la fuerza de actuación es la fuerza de la palanca; Al levantar una carga, el bloque fijo no da una ganancia de fuerza, y el bloque móvil da una ganancia de fuerza de 2 veces. No se menciona el cable en el que la carga cuelga de la unidad fija y la unidad móvil con la carga.
Por otro lado, en el libro de texto de L.E. Gendenshtein, la evidencia de ganancia de fuerza se lleva a cabo en un cable, en el que cuelga una carga o una unidad móvil con una carga y la fuerza de actuación es la fuerza de tensión del cable; Al levantar una carga, un bloque fijo puede dar una ganancia de fuerza de 2 veces, pero no se menciona una palanca en la rueda del bloque.
La búsqueda de literatura con una descripción de ganar poder en bloques y cables condujo al "Libro de texto elemental de física" editado por el académico G. S. Landsberg, en §84. Las máquinas simples en las páginas 168-175 reciben descripciones: "un bloque simple, bloque doble, compuerta, bloque de poleas y bloque diferencial". De hecho, en su diseño, "el bloque doble proporciona una ganancia de resistencia al levantar la carga, debido a la diferencia en la longitud de los radios de los bloques", con los que se levanta la carga, y "el polipasto de cadena proporciona una ganancia de fuerza al levantar la carga, debido a la cuerda , en varias partes de las cuales cuelga una carga ". Por lo tanto, fue posible averiguar por qué se da la ganancia de fuerza, al levantar la carga, por separado el bloque y el cable (cuerda), pero no fue posible descubrir cómo interactúan el bloque y el cable entre sí y transferir el peso de la carga entre sí, ya que la carga se puede suspender en un cable , y el cable se arroja sobre el bloque o la carga puede colgarse del bloque y el bloque se cuelga del cable. Resultó que la fuerza de tensión del cable es constante y actúa a lo largo de todo el cable, por lo que la transferencia del peso de la carga por el cable al bloque será en cada punto de contacto entre el cable y el bloque, así como la transferencia del peso de la carga suspendida en el bloque al cable. Para aclarar la interacción de la unidad con el cable, realizaremos experimentos para ganar energía en la unidad móvil, al levantar la carga, utilizando el equipo del gabinete de física de la escuela: dinamómetros, bloques de laboratorio y un conjunto de cargas en 1N (102 g). Comenzamos los experimentos con la unidad móvil, porque tenemos tres versiones diferentes de ganar poder en el poder de esta unidad. La primera versión es "Fig. 180. Una unidad móvil como palanca con hombros desiguales "- A. Libro de texto de Poryshkina, segunda" Fig. 24.5 ... dos fuerzas de tensión de cable idénticas F "- según el libro de texto de L. Hendenstein y finalmente la tercera" Fig. 145. Polyspast " . Levantar una carga con una jaula móvil de un polipasto de cadena en varias partes de una cuerda, según el libro de texto de G. Landsberg G.
Experiencia No. 1. "Fig. 183"
Para llevar a cabo el experimento No. 1, ganando fuerza en el bloque móvil con una "palanca con brazos desiguales del OAB fig. 180" según el libro de texto A. Poryshkina, en el bloque móvil "Fig. 183" posición 1, dibuje una palanca con hombros desiguales del OAV, como en la "Fig. 180", y comience a levantar la carga de la posición 1 a la posición 2. En ese instante, la unidad comienza a girar, en sentido antihorario, alrededor de su eje en el punto A y en el punto B, el extremo de la palanca más allá de la cual va el elevador más allá del semicírculo, a lo largo del cual el cable desde abajo se dobla alrededor del bloque móvil. Punto O: el punto de apoyo de la palanca, que debe fijarse, baja, ver "Fig. 183" - posición 2, es decir, la palanca con hombros desiguales OAB cambia como una palanca con hombros iguales (los mismos caminos pasan los puntos O y B).
Con base en los datos obtenidos en el experimento No. 1 sobre los cambios en la posición de la palanca OAB en el bloque móvil al levantar mercancías de la posición 1 a la posición 2, podemos concluir que la representación del bloque móvil como una palanca con hombros desiguales en la "Fig. 180", al levantar La carga, con la rotación del bloque alrededor de su eje, corresponde a una palanca con hombros iguales, que no proporciona una ganancia de fuerza al levantar la carga.
Comenzamos el experimento n. ° 2 sujetando los dinamómetros a los extremos del cable, en el que colgaremos una unidad móvil con un peso de 102 g, que corresponde a una gravedad de 1 N. Uno de los extremos del cable se fijará a la suspensión, y levantaremos la carga en la unidad móvil en el otro extremo del cable. Antes de levantar, las lecturas de ambos dinamómetros a 0.5 N, al comienzo del levantamiento de las lecturas del dinamómetro, para el cual se realiza el levantamiento, cambiaron a 0.6 N, y permanecieron así durante el levantamiento, al final del levantamiento las lecturas volvieron a 0.5 N. Las lecturas del dinamómetro se fijaron para una suspensión fija no cambió durante el ascenso y permaneció igual a 0,5 N. Analicemos los resultados del experimento:
- Antes de levantar, cuando una carga de 1 N (102 g) cuelga de un bloque móvil, el peso de la carga se distribuye a toda la rueda y se transfiere al cable, que rodea el bloque desde abajo, con todo el semicírculo de la rueda.
- Antes de levantar las lecturas de ambos dinamómetros a 0.5 N, lo que indica la distribución del peso de la carga de 1 N (102 g) en dos partes del cable (antes y después del bloque) o que la fuerza de tensión del cable es 0.5 N, y lo mismo a lo largo de toda la longitud del cable (que al principio, lo mismo al final del cable), ambas afirmaciones son ciertas.
Comparemos el análisis de la experiencia No. 2 con las versiones de los libros de texto sobre ganar fuerza en 2 veces con un bloque en movimiento. Comencemos con la declaración en el libro de texto de Gendenstein L.E. "... que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P dirigida hacia abajo y dos fuerzas de tensión de cable idénticas dirigidas hacia arriba (Fig. 24.5)". La declaración de que el peso de la carga en "Fig. Se distribuyeron 14.5 ”en dos partes del cable, antes y después del bloque, ya que la fuerza de tensión del cable es una. Queda por analizar la firma de "Fig. 181" del libro de texto de A. V. Poryshkin "Combinación de bloques móviles y fijos - bloque de poleas". Una descripción del dispositivo y la ganancia de potencia, cuando se levanta la carga, con un polipasto de cadena se proporciona en el Libro de texto de física elemental, ed. G. Lansberg, donde se dice: "Cada trozo de cuerda entre los bloques actuará sobre una carga en movimiento con una fuerza T, y todos los trozos de la cuerda actuarán con una fuerza nT, donde n es el número de secciones separadas de la cuerda que conectan ambas partes del bloque". Resulta que si aplicamos la ganancia de fuerza a la "figura 181" con una "cuerda que conecta ambas partes" del bloque de cadena del Libro de texto de física elemental de G.S. Landsberg, entonces la descripción de ganar fuerza en el bloque móvil en "figura 179 y, respectivamente, la figura. 180 ”es un error.
Después de analizar cuatro libros de texto de física, podemos concluir que la descripción existente de ganar poder mediante un mecanismo de bloque simple no corresponde a la situación real y, por lo tanto, requiere una nueva descripción de la operación de un mecanismo de bloque simple.
Equipo de elevación simple consiste en un bloque y una soga (soga o cadena).
Los bloques de este mecanismo de elevación se dividen en:
por diseño simple y complejo;
por el método de levantar la carga en movimiento y estacionaria.
La familiaridad con el diseño de los bloques comenzará con bloque simple, que es una rueda que gira alrededor de su eje, con una ranura alrededor de la circunferencia para un cable (cuerda, cadena) Fig. 1 y puede considerarse como un brazo igual, en el que los hombros de las fuerzas son iguales al radio de la rueda: ОА \u003d ОВ \u003d r. Tal unidad no proporciona una ganancia de fuerza, pero le permite cambiar la dirección de movimiento del cable (cuerda, cadena).
Doble bloque consiste en dos bloques de radios diferentes, unidos rígidamente y montados en el eje común de la figura 2. Los radios de los bloques r1 y r2 son diferentes y al levantar la carga actúan como una palanca con hombros desiguales, y la ganancia de fuerza será igual a la relación de las longitudes de los radios del bloque de mayor diámetro al bloque de menor diámetro F \u003d P · r1 / r2.
Puerta de enlace consiste en un cilindro (tambor) y un mango unido a él, que actúa como un bloque de gran diámetro. La ganancia de fuerza dada por el collar está determinada por la relación del radio del círculo R descrito por el mango al radio del cilindro r en el que se enrolla la cuerda F \u003d P · r / R.
Pasemos al método de levantar cargas en bloques. A partir de la descripción del diseño, todos los bloques tienen un eje alrededor del cual giran. Si el eje del bloque es fijo y al levantar mercancías no sube ni baja, entonces dicho bloque se llama bloque fijobloque simple, doble bloque, portón.
En bloque rodanteel eje sube y baja con la carga de la Fig. 10 y está destinado principalmente a eliminar la deformación del cable en el lugar de suspensión de la carga.
Conozcamos el dispositivo y el método para levantar la segunda parte de un mecanismo de elevación simple: un cable, una cuerda o una cadena. El cable está retorcido de alambres de acero, la cuerda está retorcida de hilos o hebras, y la cadena consta de eslabones interconectados.
Formas de suspensión de carga y ganancia de potencia, al levantar carga, con un cable:
En la fig. 4, la carga se fija en un extremo del cable y si levanta la carga en el otro extremo del cable, entonces levantar esta carga requerirá una fuerza ligeramente mayor que el peso de la carga, ya que una unidad de ganancia simple en vigor no da F \u003d P.
En la figura 5, el trabajador se levanta por el cable, que se dobla alrededor de un bloque simple, el asiento en el que se sienta el trabajador se fija en un extremo de la primera parte del cable, y el trabajador se levanta para la segunda parte del cable con una fuerza 2 veces menor que su peso, porque el peso del trabajador se distribuyó en dos partes del cable, la primera desde el asiento hasta el bloque y la segunda desde el bloque hasta las manos del trabajador F \u003d P / 2.
En la Fig. 6, dos trabajadores levantan la carga por dos cables y el peso de la carga se distribuye uniformemente entre los cables y, por lo tanto, cada trabajador levantará la carga con la mitad del peso de la carga F \u003d P / 2.
En la Fig.7, los trabajadores levantan una carga que cuelga de dos partes de un cable y el peso de la carga se distribuye uniformemente entre las partes de este cable (como entre dos cables) y cada trabajador levantará la carga con una fuerza igual a la mitad del peso de la carga F \u003d P / 2.
En la figura 8, el extremo del cable, para el cual uno de los trabajadores levantó la carga, se fijó en una suspensión fija, y el peso de la carga se distribuyó en dos partes del cable y cuando el trabajador levantó la carga, el segundo extremo del cable se duplicó, la fuerza con la que el trabajador levantaría la carga menos peso F \u003d P / 2 y la carga será 2 veces más lenta.
En la figura 9, la carga cuelga de 3 partes de un cable, un extremo del cual está fijo y la ganancia de resistencia, al levantar la carga, será de 3, ya que el peso de la carga se distribuirá en tres partes del cable F \u003d P / 3.
Para eliminar la deformación y reducir la fuerza de fricción, se instala un bloque simple en el lugar de suspensión de la carga y la fuerza requerida para levantar la carga no ha cambiado, ya que el bloque simple no proporciona una ganancia en la resistencia de la Fig. 10 y la Fig. 11, y el bloque en sí se llamará bloque móvil, ya que el eje de este bloque sube y baja con la carga.
Teóricamente, la carga puede suspenderse en un número ilimitado de partes de un cable, pero están prácticamente limitadas a seis partes, y este mecanismo de elevación se llama polea, que consiste en un soporte fijo y móvil con bloques simples, que se doblan alternativamente por un cable, fijado en un extremo a un soporte fijo, y la carga se levanta en el segundo extremo del cable. La ganancia de fuerza depende del número de partes del cable entre los clips fijos y móviles, como regla, son 6 partes del cable y la ganancia de potencia es 6 veces.
El artículo discute las interacciones de la vida real entre los bloques y el cable al levantar la carga. La práctica existente para determinar que "un bloque fijo no proporciona una ganancia de resistencia, y un bloque móvil proporciona una ganancia de resistencia de 2 veces" interpretó erróneamente la interacción del cable y el bloque en el mecanismo de elevación y no reflejó la variedad completa de diseños de bloques, lo que condujo al desarrollo de ideas erróneas unilaterales sobre bloque En comparación con los volúmenes de material existentes para estudiar el mecanismo simple del bloque, el volumen del artículo aumentó 2 veces, pero esto permitió explicar de manera clara e inteligible los procesos que tienen lugar en el mecanismo simple de elevación de carga no solo para los estudiantes, sino también para los maestros.
Referencias
- Poryshkin, A.V.Física, 7a clase.: Libro de texto / A.V. Poryshkin.- 3ra ed., Adicional.- M.: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Aplicación de la regla del equilibrio de apalancamiento a un bloque, págs. 181–183
- Gendenstein, L.E.Física. 7mo grado. A las 2 horas, Parte 1. Libro de texto para instituciones educativas / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; bajo la dirección de V.A. Orlova, I. I. Roisen, 2ª ed., Rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 p .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Mecanismos simples, págs. 188–196.
- Libro de texto elemental de física, editado por el académico G. S. Landsberg Volumen 1. Mecánica. Calidez Molecular Physics, 10ª ed., Moscú: Nauka, 1985. § 84. Máquinas simples, págs. 168-175.
- Gromov, S.V.Física: Libro de texto. por 7 cl. educación general instituciones / S.V. Gromov, N.A. Rodina.- 3ra ed. - M .: Educación, 2001.-158 s,: enfermo. ISBN-5–09–010349–6. § 22. Bloque, p. 55-57.
Palabras claves: bloque, bloque doble, bloque fijo, bloque móvil, bloque de poleas..
Anotación: Los libros de texto de física para el grado 7, cuando estudian un mecanismo de bloqueo simple, interpretan la ganancia de fuerza de manera diferente al levantar una carga utilizando este mecanismo, por ejemplo: en el libro de texto de A.V. Peryshkin, la ganancia de fuerza se logra con la ayuda de la rueda de bloqueo, sobre la cual actúan las fuerzas de palanca, y en el libro de texto de Gendenshtein L. E. se obtiene la misma ganancia con la ayuda de un cable, sobre el cual actúa la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes asignaturas y diferentes fuerzas: para obtener una ganancia de fuerza al levantar una carga. Por lo tanto, el propósito de este artículo es buscar objetos y fuerzas, con la ayuda de los cuales se obtiene ganancia de fuerza al levantar una carga con un mecanismo de bloqueo simple.