بلوک یک نوع اهرم است ، یک چرخ با شیار است (شکل 1) ، می توانید طناب ، کابل ، طناب یا زنجیر را از طریق شیار اجرا کنید.
شکل 1 نمای کلی بلوک
بلوک ها به موبایل و بدون حرکت تقسیم می شوند.
محور واحد ثابت ثابت است ؛ هنگام بلند کردن یا پایین آمدن بار ، آن بالا نمی رود و نمی افتد. وزن بار را که بلند می کنیم توسط P مشخص می شود ، نیروی اعمال شده توسط F نشان داده می شود ، گشتاور O است (شکل 2).
شکل 2 بلوک ثابت
بازوی نیروی P بخش OA (بازوی نیرو) است ل 1) ، مقاومت شانه F برش OB (مقاومت شانه ل 2) (شکل 3). این بخش ها شعاع چرخ هستند ، سپس شانه ها برابر شعاع هستند. اگر شانه ها مساوی باشند ، وزن بار و نیرویی که برای بلند کردن از آن استفاده می کنیم عددی برابر هستند.
شکل 3 بلوک ثابت
چنین واحدی باعث افزایش قدرت نمی شود از این رو می توان نتیجه گرفت که برای راحتی آسانسور توصیه می شود از یک واحد ثابت استفاده کنید ، آسان تر کردن بار با استفاده از نیرویی که به سمت پایین هدایت شود آسان تر است.
وسیله ای است که محور با آن می تواند بالا رود و سقوط کند. عمل شبیه به عمل اهرم است (شکل 4).
شکل 4. واحد موبایل
برای کار این واحد ، یک انتهای طناب ثابت است ، ما یک نیروی F را به انتهای دوم اعمال می کنیم تا یک وزن P افزایش یابد ، بار به نقطه A. وصل می شود. نقطه محوری نقطه O در هنگام چرخش خواهد بود زیرا بلوک در هر لحظه از چرخش می چرخد \u200b\u200bو نقطه O به عنوان یک تکیه گاه عمل می کند. (شکل 5).
شکل 5. واحد تلفن همراه
مقادیر نیروی شانه F دو شعاع است.
مقدار بازوی نیرو P یک شعاع است.
شانه های نیروها نسبت به نصف متفاوت هستند ، طبق قانون تعادل اهرم ، نیروها با نصف تفاوت دارند. نیروی مورد نیاز برای بلند کردن بار با وزن P نصف وزن بار خواهد بود. واحد متحرک دو بار قدرت را به شما می دهد.
در عمل ، ترکیبی از بلوک ها برای تغییر جهت حرکت نیروی اعمال شده برای بلند کردن و نصف کردن آن استفاده می شود (شکل 6).
شکل 6. ترکیبی از بلوک های متحرک و ثابت
در این درس با دستگاه بلوک ثابت و متحرک آشنا شدیم ، که مشخص شد بلوک ها انواع اهرم هستند. برای حل مشکلات در مورد این موضوع ، لازم است که قانون تعادل اهرم را به خاطر بسپارید: نسبت نیروها با نسبت شانه های این نیروها معکوس است.
- لوکاشکی V.I. ، ایوانوا E.V. مجموعه مشکلات فیزیک برای نمرات 7-9 مؤسسات آموزشی. - چاپ هفدهم. - م: آموزش ، 2004
- پریشکین A.V. فیزیک 7 طبقه - چاپ چهاردهم ، کلیشه. - م: بوستارد ، 2010.
- پریشکین A.V. مجموعه مشکلات فیزیک ، کلاس 7-9: چاپ 5 ، کلیشه. - م: انتشارات "امتحان" ، سال 2010.
- Class-fizika.narod.ru ().
- School.xvatit.com ().
- Scienceland.info ().
کارهای خانه
- برای خودتان بفهمید که زنجیر آسانسور چیست و چه قدرتی در قدرت به دست می آورد.
- بلوک های ثابت و متحرک در زندگی روزمره کجا استفاده می شوند؟
- صعود از آسانتر چگونه است: صعود از طناب یا بالا رفتن با یک بلوک ثابت؟
بیشتر اوقات ، مکانیزم های ساده برای بدست آوردن قدرت استفاده می شوند. یعنی با نیروی کمتری نسبت به آن وزن بیشتری حرکت کنید. علاوه بر این ، افزایش قدرت "به صورت رایگان" حاصل نمی شود. بازپرداخت آن ضرر در فاصله است ، یعنی شما باید بیشتر از آنکه بدون استفاده از یک مکانیسم ساده حرکت کنید. اما ، هنگامی که نیروها محدود هستند ، "تبادل" فاصله برای نیرو سودمند است.
بلوک های متحرک و ثابت برخی از انواع مکانیسم های ساده هستند. علاوه بر این ، آنها یک اهرم اصلاح شده هستند که یک مکانیزم ساده نیز محسوب می شود.
بلوک ثابت افزایش قدرت نمی دهد بلکه به سادگی جهت کاربرد خود را تغییر می دهد. تصور کنید که باید بار سنگین طناب را بالا بکشید. شما باید آن را بالا بکشید. اما اگر از یک بلوک ثابت استفاده می کنید ، باید به پایین بیایید ، در حالی که بار بالا می رود. در این حالت ، برای شما راحت تر خواهد بود ، زیرا قدرت لازم از قدرت عضلات و وزن شما تشکیل می شود. بدون استفاده از بلوک ثابت ، استفاده از همان نیرو ضروری است ، اما این امر فقط به دلیل قدرت عضلات حاصل می شود.
بلوک ثابت چرخ است با شیار مخصوص طناب. چرخ ثابت است ، می تواند در اطراف محور خود بچرخد ، اما نمی تواند حرکت کند. انتهای طناب (کابل) آویزان است ، یک بار به یکی وصل می شود ، و نیرو به دیگری اعمال می شود. اگر کابل را به سمت پایین بکشید ، بار بالا می رود.
از آنجایی که هیچ قدرتی در قدرت حاصل نمی شود ، در فاصله از بین نمی رود. فاصله ای که بار بالا می رود ، طناب را باید در همان فاصله کم کرد.
استفاده کنید بلوک نورد دو بار (در حالت ایده آل) یک نیروی افزایش می یابد. این بدان معنی است که اگر وزن بار F باشد ، پس برای بلند کردن آن ، باید نیروی F / 2 را اعمال کنید. واحد موبایل از یک چرخ مشابه با شیار کابل تشکیل شده است. با این وجود ، یک انتهای کابل در اینجا ثابت است و چرخ متحرک است. چرخ با بار حرکت می کند.
وزن بار نیروی نزولی است. این دو نیرو به سمت بالا متعادل است. یکی با پشتیبانی که کابل به آن متصل است ، و دیگری کشیدن توسط کابل ایجاد می شود. نیروی تنش کابل در هر دو طرف یکسان است ، بدین معنی که وزن بار به طور مساوی بین آنها توزیع می شود. بنابراین ، هر یک از نیروها 2 برابر کمتر از وزن محموله است.
در شرایط واقعی ، افزایش در نیروی کار کمتر از 2 برابر است ، زیرا نیروی بالابر تا حدی "برای وزن طناب و بلوک ، و همچنین اصطکاک" خرج می شود.
واحد تلفن همراه با تقریب تقریباً دو برابر قدرت ، فاصله ای برابر با دو برابر دارد. برای بالا بردن بار به ارتفاع معین h ، لازم است طناب های هر طرف بلوک توسط این ارتفاع کاهش یابد ، یعنی در کل 2 ساعت بدست آید.
معمولاً از ترکیب بلوک های ثابت و متحرک استفاده کنید - مقابله کنید. آنها به شما اجازه می دهند قدرت و جهت خود را بدست آورید. هرچه بلوک های متحرک بیشتر در بلوک زنجیره ای قرار گیرند ، افزایش قدرت بیشتر می شود.
در حال حاضر ، ما فرض می کنیم که جرم بلوک و کابل ، و همچنین اصطکاک در بلوک ، نمی توان نادیده گرفت. در این حالت ، نیروی تنش کابل را می توان در تمام قسمت های آن یکسان در نظر گرفت. علاوه بر این ، کابل غیرقابل افزایش خواهد بود و جرم آن ناچیز است.
بلوک ثابت
بلوک ثابت برای تغییر جهت نیرو استفاده می شود. در شکل 24.1 ، نحوه استفاده از بلوک ثابت جهت معکوس جهت نیرو را نشان می دهد. با این وجود می توان از آن برای تغییر جهت نیرو به دلخواه استفاده کرد.
نمودار استفاده از یک بلوک ثابت را ترسیم کنید ، که با استفاده از آن می توانید جهت نیرو را 90 درجه بچرخانید.
آیا بلوک ثابت باعث افزایش قدرت می شود؟ این مورد را با استفاده از مثال نشان داده شده در شکل در نظر بگیرید. 24.1 الف. کابل با نیرویی که ماهیگیران به انتهای آزاد کابل کشیده می شود ، کشیده می شود. نیروی تنشی کابل در امتداد کابل ثابت است ، بنابراین از طرف کابل بار (ماهی) تحت تأثیر همان نیروی مدول قرار می گیرد. بنابراین ، یک بلوک ثابت باعث افزایش قدرت نمی شود.
هنگام استفاده از واحد ثابت ، بار به اندازه سقوط کابل بالا می رود ، که ماهیگیر نیرو وارد می کند. این بدان معنی است که با استفاده از یک بلوک ثابت ، ما در راه پیروزی یا از دست دادن نیستیم.
واحد متحرک
تجربه را بگذارید
هنگام بلند کردن بار با استفاده از بلوک متحرک سبک ، توجه می کنیم که اگر اصطکاک کم باشد ، برای بلند کردن بار ، لازم است نیرویی اعمال شود که تقریبا 2 برابر کمتر از وزن بار باشد (شکل 24.3). بنابراین ، واحد متحرک 2 برابر قدرت می بخشد.
شکل 24.3 در هنگام استفاده از واحد تلفن همراه ، ما 2 بار از قدرت پیروز می شویم ، اما در طول راه همان تعداد دفعات را از دست می دهیم
با این وجود ، برای دو برابر شدن در قدرت باید همان ضرر را در راه پرداخت کنید: برای بالا بردن بار ، به عنوان مثال ، با 1 متر ، باید انتهای کابل پرتاب شده از روی بلوک را 2 متر بالا ببرید.
این واقعیت که بلوک متحرک دو برابر قدرت را به دست می آورد ، می تواند بدون توسل به تجربه ثابت شود (به بخش زیر مراجعه کنید: "چرا بلوک متحرک دو برابر قدرت می بخشد؟").
بلوک ها به عنوان مکانیسم های ساده طبقه بندی می شوند. در گروه این دستگاه ها ، که برای تبدیل نیروها کار می کنند ، علاوه بر بلوک ها ، یک اهرم ، یک هواپیمای کج نیز وجود دارد.
تعریف
بلوک - بدنه ای محکم که قابلیت چرخش در اطراف یک محور ثابت را دارد.
بلوک ها به شکل دیسک (چرخ ، سیلندر کم ، و غیره) ساخته شده اند که شیار دارند و از طریق آن طناب (تنه ، طناب ، زنجیره) عبور می کند.
ثابت بلوک با محور ثابت است (شکل 1). هنگام بلند کردن بار حرکت نمی کند. بلوک ثابت را می توان اهرمی دانست که شانه های برابر دارد.
شرط تعادل بلوک شرط تعادل لحظات نیروهای اعمال شده بر روی آن است:
بلوک شکل 1 در صورت توازن موضوعات در حالت تعادل خواهد بود:
از آنجا که شانه های این نیروها یکسان است (OA \u003d OV). یک واحد ثابت افزایش قدرت نمی دهد ، اما به شما امکان می دهد جهت حرکت نیرو را تغییر دهید. کشیدن روی طنابی که از بالا می رود ، اغلب راحت تر از کشیدن بر روی طنابی است که از پایین می رود.
اگر جرم بار گره خورده به یک انتهای طناب پرتاب شده بر روی بلوک ثابت m باشد ، برای بلند کردن آن باید یک نیروی F برابر با آن در انتهای دیگر طناب اعمال شود:
مشروط بر اینکه نیروی اصطکاک موجود در بلوک را در نظر نگیریم. اگر لازم است که اصطکاک در بلوک مورد توجه قرار گیرد ، ضریب مقاومت (k) معرفی می شود ، پس از آن:
پشتیبانی بدون حرکت صاف می تواند به عنوان جایگزینی برای بلوک عمل کند. طنابی (طنابی) بر روی چنین تکیهگاهی پرتاب می شود ، که در امتداد تکیه گاه می چرخد \u200b\u200b، اما اصطکاک افزایش می یابد.
بلوک ثابت باعث افزایش کار نمی شود. مسیری که از نقاط اعمال نیروها عبور می کند ، مساوی با نیرو است ، بنابراین ، برابر با کار هستند.
به منظور به دست آوردن قدرت ، با استفاده از بلوک های ثابت ، از ترکیبی از بلوک استفاده می شود ، به عنوان مثال ، یک بلوک دوتایی. هنگامی که بلوک ها باید دارای قطرهای مختلف باشند. آنها بی حرکت بین یکدیگر متصل می شوند و در یک محور واحد سوار می شوند. یک طناب به هر بلوک وصل شده است به طوری که می توان بدون کشویی روی بلوک پیچید یا خاموش شد. شانه های نیروها در این حالت نابرابر خواهند بود. بلوک دوبل به عنوان یک اهرم با شانه های طول های مختلف عمل می کند. شکل 2 نمودار دو بلوک را نشان می دهد.
شرط تعادل برای اهرم در شکل 2 این فرمول خواهد بود:
واحد دوگانه می تواند قدرت را تبدیل کند. با اعمال نیروی کمتری به زخم طناب در اطراف یک شعاع بزرگ ، نیرویی بدست می آید که در کنار زخم طناب روی بلوک شعاع کوچکتر عمل می کند.
بلوک متحرک بلوکی است که محور آن با بار حرکت می کند. در شکل 2 بلوک متحرک را می توان به عنوان یک اهرم با شانه های اندازه های مختلف در نظر گرفت. در این حالت ، نقطه O شقیقه اهرم است. OA شانه قدرت است. OB شانه قدرت است. بیایید انجیر را در نظر بگیریم. 3. شانه نیرو دو برابر بزرگتر از شانه نیرو است ، بنابراین برای تعادل لازم است قدر نیرو F دو برابر کمتر از مدول نیرو P باشد:
می توان نتیجه گرفت که با کمک یک بلوک متحرک دو بار قدرت را به دست می آوریم. وضعیت تعادل بلوک متحرک بدون در نظر گرفتن نیروی اصطکاک به شرح زیر است:
اگر سعی می کنید نیروی اصطکاک موجود در بلوک را در نظر بگیرید ، ضریب مقاومت بلوک (k) را وارد کنید و دریافت کنید:
گاهی اوقات ترکیبی از بلوک متحرک و ثابت استفاده می شود. در این ترکیب از یک واحد ثابت برای راحتی استفاده می شود. این یک افزایش قدرت نمی دهد ، اما به شما امکان می دهد جهت نیرو را تغییر دهید. از واحد تلفن همراه برای تغییر مقدار نیروی اعمال شده استفاده می شود. اگر انتهای طناب که بلوک را پوشانده ، زاویه های مساوی با افق ایجاد کند ، آنگاه نسبت نیرویی که بار را تحت تأثیر قرار می دهد به وزن بدن برابر است با نسبت شعاع بلوک به وتر قوس که طناب را در آن پوشانده است. اگر طناب ها به موازات باشند ، به نیروی لازم برای بلند کردن بار دو برابر کمتر از وزن بار برداشته شده احتیاج خواهد داشت.
قانون طلایی مکانیک
مکانیسم های ساده کسب در کار نیست. هر چه قدر قدرت بدست بیاوریم ، در همان تعداد دفعات از راه فاصله داریم. از آنجا که کار برابر با محصول مقیاس پذیر نیرو و جابجایی است ، بنابراین هنگام استفاده از بلوک های متحرک (و همچنین بدون حرکت) تغییری نخواهید کرد.
در قالب فرمول "قانون طلایی" می تواند به شرح زیر باشد:
مسیری که نقطه اعمال نیرو می گذرد کجاست - مسیری که با استفاده از نقطه نیرو طی می شود.
قانون طلایی ساده ترین تدوین قانون حفظ انرژی است. این قانون در مورد موارد یکنواخت یا تقریباً یکنواخت مکانیسم ها صدق می کند. مسافت حرکت ترجمه ای انتهای طناب با شعاع بلوک ها (و) در ارتباط است:
ما این امر را برای تحقق "قانون طلایی" برای یک بلوک مضاعف انجام می دهیم ، لازم است:
اگر نیروها متعادل باشند ، بلوک استراحت می کند یا به طور مساوی حرکت می کند.
نمونه هایی از حل مشکلات
مثال 1
| وظیفه | با استفاده از سیستم دو بلوک متحرک و دو بلوک ثابت ، کارگران پرتوهای ساختمان را بالا می برند ، در حالی که نیرویی برابر با 200 N. استفاده می شود. جرم (متر) تیرها چقدر است؟ اصطکاک را در بلوک ها در نظر نگیرید. |
| راه حل | بیایید یک نقاشی بسازیم. وزن بار وارد شده به سیستم بار برابر است با نیروی جاذبه ای که بر روی بدنه بالابر اعمال می شود:
بلوک های ثابت افزایش قدرت نمی دهد. هر بلوک متحرک دو بار قدرت را به دست می آورد ، بنابراین ، در شرایط ما چهار برابر یک قدرت را به دست می آوریم. این بدان معنی است که می توانید بنویسید:
دریافتیم که جرم پرتو برابر است با: جرم پرتو را محاسبه می کنیم ، می گیریم:
|
| جواب | متر \u003d 80 کیلوگرم |
مثال 2
| وظیفه | بگذارید ارتفاع درج raise کارگران در اولین نمونه تیرها برابر با متر باشد. کارهایی که کارگران انجام می دهند چیست؟ کار حمل بار به ارتفاع معین چیست؟ |
| راه حل | مطابق با "قانون طلایی" مکانیک ، اگر ما با استفاده از سیستم موجود در بلوک ها چهار برابر افزایش پیدا کنیم ، ضرر حرکت نیز چهار برابر خواهد شد. در مثال ما ، این بدان معنی است که طول طناب (l) که کارگران باید انتخاب کنند چهار برابر طول مسافت بار است ، یعنی: |