Blok terdiri daripada satu atau lebih roda (penggelek) yang dibengkokkan oleh rantai, tali pinggang atau kabel. Sama seperti tuas, blok mengurangkan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban, tetapi ditambah ia dapat mengubah arah daya yang dikenakan.
Bayaran kekuatan adalah jarak: semakin sedikit usaha yang diperlukan untuk mengangkat beban, semakin lama jarak titik penerapan usaha ini harus ditempuh. Sistem blok meningkatkan penambahan kekuatan dengan menggunakan lebih banyak rantai pembawa beban. Peranti penjimatan tenaga seperti ini mempunyai aplikasi yang sangat luas - dari memindahkan balok keluli besar ke ketinggian di tapak pembinaan hingga menaikkan bendera.
Seperti mekanisme mudah lain, penemu blok tersebut tidak diketahui. Walaupun blok-blok itu mungkin ada sebelumnya, penyebutan pertama dari mereka dalam sastera berasal dari abad ke-5 SM dan dikaitkan dengan penggunaan blok oleh orang Yunani kuno di kapal dan di teater.
Sistem blok gelangsar dipasang pada rel gantung (gambar di atas) digunakan secara meluas pada jalur pemasangan, kerana ia sangat memudahkan pergerakan bahagian yang berat. Daya yang dikenakan (F) sama dengan hasil membahagi berat beban (W) dengan bilangan rantai yang digunakan untuk menyokongnya (n).
Blok tetap tunggal
Jenis blok yang paling sederhana ini tidak mengurangkan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban, tetapi mengubah arah daya yang dikenakan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas dan di kanan atas. Membetulkan blok di bahagian atas tiang bendera mempermudah menaikkan bendera dengan membiarkan tali yang diikat bendera ditarik ke bawah.
Blok bergerak tunggal
Blok tunggal, yang dapat dipindahkan, mengurangkan usaha yang diperlukan untuk mengangkat beban menjadi dua. Walau bagaimanapun, mengurangkan daya yang dikenakan bermaksud titik aplikasinya mesti bergerak dua kali jaraknya. Dalam kes ini, daya sama dengan separuh berat (F \u003d 1 / 2W).
Sistem blok
Apabila menggunakan gabungan blok tetap dengan blok bergerak, daya yang dikenakan adalah gandaan jumlah rantai pembawa beban. Dalam kes ini, daya sama dengan separuh berat (F \u003d 1 / 2W).
Kargo, digantung secara menegak melalui blok, membolehkan wayar elektrik mendatar tegang.
Lif overhead (gambar di atas) terdiri daripada rantai yang dililit satu blok bergerak dan dua blok tetap. Mengangkat beban memerlukan kekuatan yang hanya separuh daripada beratnya.
Polyspast, biasanya digunakan dalam kren besar (gambar di sebelah kanan), terdiri dari sekumpulan blok bergerak yang bebannya ditangguhkan, dan sekumpulan blok tetap yang melekat pada jib kren. Mendapat faedah daripada itu sebilangan besar blok, kren dapat mengangkat beban yang sangat berat seperti balok keluli. Dalam kes ini, daya (F) sama dengan hasil membahagi berat beban (W) dengan bilangan kabel sokongan (n).
Blok bergerak berbeza dari blok pegun kerana paksinya tidak tetap, dan ia boleh naik dan turun dengan beban.
Rajah 1. Blok bergerak
Suka blok tetap, blok bergerak terdiri daripada roda yang sama dengan alur untuk kabel. Walau bagaimanapun, di sini satu hujung kabel terpaku, dan roda boleh digerakkan. Roda bergerak dengan beban.
Seperti yang diperhatikan oleh Archimedes, blok bergerak pada dasarnya adalah tuas dan bekerja pada prinsip yang sama, memberikan keuntungan dalam kekuatan kerana perbezaan bahu.
Rajah 2. Kekuatan dan kekuatan daya di blok bergerak
Blok yang bergerak bergerak dengan beban, seolah-olah terletak di tali. Dalam kes ini, titik tumpu pada setiap saat akan berada pada titik kontak blok dengan tali di satu sisi, hentaman beban akan dikenakan ke tengah blok, di mana ia melekat pada sumbu, dan daya tarikan akan digunakan pada titik kontak dengan tali di sisi lain blok ... Maksudnya, bahu berat badan akan menjadi jejari blok, dan bahu daya tarikan kita akan menjadi diameter. Peraturan momen dalam kes ini akan kelihatan seperti:
$$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$
Oleh itu, blok bergerak memberikan keuntungan kekuatan berganda.
Biasanya, dalam praktiknya, gabungan blok tetap dengan blok bergerak digunakan (Gamb. 3). Blok tetap adalah untuk kemudahan sahaja. Ini mengubah arah gaya, memungkinkan, misalnya, untuk mengangkat beban sambil berdiri di atas tanah, dan blok yang bergerak memberikan kenaikan kekuatan.
Rajah 3. Gabungan unit tetap dan bergerak
Kami menganggap blok yang ideal, iaitu blok di mana tindakan daya geseran tidak diambil kira. Untuk blok sebenar, perlu diperkenalkan faktor pembetulan. Rumus berikut digunakan:
Membetulkan blok
$ F \u003d f 1/2 mg $
Dalam formula ini: $ F $ adalah daya luaran yang digunakan (biasanya ini adalah kekuatan tangan seseorang), $ m $ adalah jisim beban, $ g $ adalah pekali graviti, $ f $ adalah pekali rintangan dalam blok (untuk rantai sekitar 1.05, dan untuk tali 1.1).
Dengan bantuan sistem blok bergerak dan tetap, pemuat mengangkat kotak alat dengan ketinggian $ S_1 $ \u003d 7 m, menggunakan daya $ F $ \u003d 160 N. Berapakah berat kotak itu, dan berapa meter tali harus dipilih sehingga beban diangkat? Apa kerja yang akan dilakukan oleh loader? Bandingkan dengan kerja yang dilakukan pada beban untuk memindahkannya. Abaikan geseran dan jisim blok bergerak.
$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?
Blok bergerak memberi anda kekuatan berganda dan kehilangan gerakan berganda. Blok pegun tidak memberikan keuntungan kekuatan, tetapi mengubah arahnya. Oleh itu, daya yang dikenakan adalah separuh berat beban: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, dari mana kita dapati jisim kotak: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32.65 \\ kg $
Pergerakan beban akan menjadi separuh panjang tali yang dipilih:
Kerja yang dilakukan oleh loader sama dengan produk usaha yang diterapkan untuk memindahkan beban: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.
Kerja yang dilakukan di atas kargo:
Jawapan: Berat kotak ialah 32.65 kg. Panjang tali yang dipilih adalah 14 m. Kerja yang dilakukan adalah 2240 J dan tidak bergantung pada kaedah mengangkat beban, tetapi hanya pada berat beban dan ketinggian angkat.
Masalah 2
Berapakah berat yang boleh diangkat dengan blok bergerak 20 N jika tali ditarik dengan kekuatan 154 N?
Mari tuliskan peraturan momen bagi blok bergerak: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, di mana $ f $ adalah faktor pembetulan tali.
Kemudian $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ H $
Jawapan: Berat kargo 260 N.
4.1. Unsur statik
4.1.7. Sesetengah mekanisme sederhana: blok
Peranti yang dirancang untuk menggerakkan (menaikkan, menurunkan) beban menggunakan roda dan benang yang dilemparkan ke atasnya, di mana daya tertentu diterapkan, disebut blok. Bezakan antara tidak bergerak dan blok bergerak.
Blok dirancang untuk memindahkan beban dengan berat P → menggunakan daya F → yang dikenakan pada tali yang dilemparkan ke atas roda.
Untuk apa-apa jenis blok (pegun dan bergerak) keadaan keseimbangan dipenuhi:
d 1 F \u003d d 2 P,
di mana d 1 adalah bahu daya F → dikenakan pada tali; d 2 - lengan daya P → (berat beban digerakkan oleh blok ini).
DALAM blok tetap (Gamb. 4.8) lengan daya F → dan P → sama dan sama dengan jejari blok:
d 1 \u003d d 2 \u003d R,
oleh itu, modul daya sama antara satu sama lain:
F \u003d P.
Rajah. 4.8
Dengan bantuan blok pegun, badan dengan berat P → dapat digerakkan dengan menerapkan daya F →, yang nilainya bertepatan dengan nilai berat beban.
Di blok bergerak (Gamb. 4.9), lengan gaya F → dan P → berbeza:
d 1 \u003d 2R dan d 2 \u003d R,
di mana d 1 adalah bahu daya F → dikenakan pada tali; d 2 - kekuatan kekuatan P → (berat beban digerakkan dengan bantuan blok ini),
oleh itu, modul kekuatan mematuhi persamaan:
Rajah. 4.9
Dengan bantuan blok bergerak, badan dengan berat P → dapat digerakkan dengan menerapkan gaya F →, yang nilainya adalah separuh dari nilai berat beban.
Blok membolehkan anda menggerakkan badan beberapa jarak:
- blok tetap tidak memberikan keuntungan kekuatan; ia hanya mengubah arah daya yang dikenakan;
- blok bergerak memberikan kekuatan kekuatan 2 kali ganda.
Walau bagaimanapun, kedua-dua blok bergerak dan tetap jangan memberi kemenangan dalam bekerja: berapa kali kita menang dengan kekuatan, berapa kali kita kalah dari jarak jauh (“ peraturan Emas»Mekanik).
Contoh 22. Sistem ini terdiri daripada dua blok tanpa berat: satu mudah alih dan satu pegun. Beban seberat 0.40 kg digantung dari paksi blok bergerak dan menyentuh lantai. Sebilangan daya diberikan pada ujung bebas tali, dilemparkan ke atas blok tetap, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Di bawah tindakan gaya ini, beban naik dari keadaan rehat hingga ketinggian 4.0 m dalam 2.0 s. Cari modulus daya yang dikenakan pada tali.
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
2 T ′ - m g \u003d m a,
a \u003d 2 F - m g m.
Jalan yang dilalui oleh beban bertepatan dengan ketinggiannya di atas permukaan lantai dan berkaitan dengan masa pergerakannya dengan formula
atau dengan mengambil kira ungkapan untuk modul pecutan
h \u003d a t 2 2 \u003d (2 F - m g) t 2 2 m.
Marilah kita menyatakan kekuatan yang diperlukan dari sini:
F \u003d m (h t 2 + g 2)
dan hitung nilainya:
F \u003d 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) \u003d 2.4 N.
Contoh 23. Sistem ini terdiri daripada dua blok tanpa berat: satu mudah alih dan satu pegun. Sebilangan berat digantung dari paksi blok tetap seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Di bawah tindakan daya malar yang dikenakan pada hujung tali bebas, beban mula bergerak dengan pecutan berterusan dan bergerak ke atas pada jarak 3.0 m dalam 2.0 s. Semasa pergerakan beban, daya yang dikenakan mengembangkan daya rata-rata 12 W. Cari jisim beban.
Keputusan. Daya yang bertindak pada blok bergerak dan tetap ditunjukkan dalam gambar.
Dua daya T → bertindak pada blok pegun dari sisi tali (di kedua-dua sisi blok); tidak ada pergerakan translasi blok di bawah tindakan kekuatan-kekuatan ini. Setiap daya ini sama dengan daya F → yang dikenakan pada hujung tali:
Tiga daya bertindak pada blok bergerak: daya tegangan dua tali T → ′ (di kedua sisi blok) dan berat beban P → \u003d m g →; di bawah tindakan daya ini, blok (bersama dengan beban yang ditangguhkan daripadanya) bergerak ke atas dengan pecutan.
Mari tulis undang-undang kedua Newton untuk blok bergerak dalam bentuk:
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
atau dalam unjuran ke paksi koordinat yang diarahkan secara menegak ke atas,
2 T ′ - m g \u003d m a,
di mana T ′ adalah modulus daya tegangan tali; m adalah jisim beban (jisim blok bergerak dengan beban); g - modul pecutan jatuh percuma; a adalah modul pecutan blok (beban mempunyai pecutan yang sama, oleh itu, lebih jauh kita akan membincangkan percepatan beban).
Modulus tegangan tali T equal sama dengan modulus daya T:
oleh itu, modulus pecutan beban ditentukan oleh ungkapan
a \u003d 2 F - m g m.
Sebaliknya, pecutan beban ditentukan oleh formula untuk jarak yang dilalui:
di mana t adalah masa pergerakan beban.
Kesaksamaan
2 F - m g m \u003d 2 S t 2
membolehkan anda mendapatkan ungkapan untuk modulus daya yang dikenakan:
F \u003d m (S t 2 + g 2).
Beban bergerak secara seragam, jadi modulus kelajuannya ditentukan oleh ungkapan
v \u003d pada,
dan purata kelajuan pergerakannya
〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.
Nilai daya purata yang dikembangkan oleh daya yang dikenakan ditentukan oleh formula
〈N〉 \u003d F 〈v〉,
atau dengan mengambil kira ungkapan untuk modulus daya dan kelajuan purata:
〈N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.
Dari sini kami menyatakan jisim yang diinginkan:
m \u003d 4 t 〈N〉 a (2 S + g t 2).
Mari ganti ungkapan untuk pecutan (a \u003d 2S / t 2) ke formula yang dihasilkan:
m \u003d 2 t 3 〈N〉 S (2 S + g t 2)
dan buat pengiraan:
m \u003d 2 ⋅ (2.0) 3 ⋅ 12 3.0 (2 ⋅ 3.0 + 10 ⋅ (2.0) 2) ≈ 1.4 kg.
Lebih kerap daripada tidak, mekanisme sederhana digunakan untuk mendapatkan kekuatan. Iaitu, dengan kekuatan yang lebih sedikit untuk menggerakkan lebih banyak berat badan dibandingkan dengannya. Dalam kes ini, perolehan kuasa tidak dicapai "secara percuma". Harga yang dibayarkan adalah kerugian dari jarak jauh, yaitu lebih banyak pergerakan yang diperlukan daripada tanpa menggunakan mekanisme sederhana. Namun, apabila daya terhad, "pertukaran" jarak untuk kekuatan bermanfaat.
Blok bergerak dan tetap adalah salah satu jenis mekanisme mudah. Selain itu, mereka adalah tuas yang diubah, yang juga merupakan mekanisme sederhana.
Membetulkan blok tidak memberikan keuntungan kekuatan, ia hanya mengubah arah penerapannya. Bayangkan bahawa anda perlu mengangkat beban berat ke atas dengan tali. Anda mesti menariknya. Tetapi jika anda menggunakan blok pegun, maka anda harus turun, sementara beban akan naik. Dalam kes ini, lebih mudah bagi anda, kerana kekuatan yang diperlukan terdiri daripada kekuatan otot dan berat badan anda. Tanpa menggunakan blok tetap, kekuatan yang sama harus diterapkan, tetapi itu akan dicapai secara eksklusif kerana kekuatan otot.
Blok tetap adalah roda dengan pelongsor tali. Roda terpaku, dapat berputar di sekitar paksinya, tetapi tidak dapat bergerak. Hujung tali (kabel) digantung, beban dilekatkan pada satu, dan daya dikenakan pada yang lain. Sekiranya anda menarik tali ke bawah, beban akan naik.
Oleh kerana tidak ada keuntungan dalam kekuatan, tidak ada kerugian dari jarak jauh. Pada jarak berapa beban akan naik, tali mesti diturunkan ke jarak yang sama.
Menggunakan blok bergolek memberikan keuntungan kekuatan dua kali (idealnya). Ini bermaksud bahawa jika berat beban adalah F, maka untuk mengangkatnya, anda mesti menggunakan kekuatan F / 2. Blok bergerak terdiri daripada roda yang sama dengan alur kabel. Walau bagaimanapun, di sini satu hujung kabel terpaku, dan roda boleh digerakkan. Roda bergerak dengan beban.
Berat beban adalah daya ke bawah. Ia diimbangi oleh dua daya ke atas. Salah satunya dibuat oleh sokongan, yang mana kabel dipasang, dan yang lain ditarik oleh kabel. Daya tarikan kabel adalah sama di kedua-dua belah pihak, yang bermaksud bahawa berat beban sama rata di antara mereka. Oleh itu, setiap daya adalah 2 kali kurang daripada berat beban.
Dalam situasi sebenar, kenaikan kekuatan kurang dari 2 kali, kerana daya angkat sebahagiannya "dibelanjakan" untuk berat tali dan blok, serta pada geseran.
Blok bergerak, memberikan keuntungan kekuatan hampir dua kali ganda, memberikan kehilangan jarak berganda. Untuk mengangkat beban ke ketinggian tertentu h, adalah perlu bahawa tali di setiap sisi blok menurun dengan ketinggian ini, yaitu, jumlahnya adalah 2 jam.
Biasanya, kombinasi blok tetap dan bergerak digunakan - blok takal. Mereka memungkinkan untuk memperoleh kekuatan dan arah. Semakin banyak blok yang bergerak dalam pengangkut rantai, semakin besar pertambahan kekuatan.
Penerangan bibliografi: Shumeiko A. V., Vetashenko O. G. Pandangan moden mengenai mekanisme sederhana "blok", dipelajari dari buku teks fizik untuk kelas 7 // Saintis muda. - 2016. - No. 2. - S. 106-113..07.2019).
Buku teks fizik untuk kelas 7, ketika mempelajari mekanisme blok sederhana, menafsirkan keuntungan dalam daya semasa mengangkat beban dengan menggunakan mekanisme ini, sebagai contoh: di buku teks Peryshkin DAN. B. kemenangan di kekuatan dicapai dengan menggunakan roda blok, di mana daya tuas bertindak, dan dalam buku teks Gendenstein L. E. Keuntungan yang sama diperoleh dengan dengan menggunakan kabel, di mana daya tegangan kabel bertindak. Pelbagai buku teks, mata pelajaran yang berbeza dan daya yang berbeza - untuk menerima hadiah dalam kekuatan semasa mengangkat beban. Oleh itu, tujuan artikel ini adalah untuk mencari objek dan kekuatan, dengan dengan mana keuntungan masuk daya, semasa mengangkat beban dengan mekanisme blok sederhana.
Pertama, mari kita berkenalan dan bandingkan bagaimana mereka memperoleh kekuatan, ketika mengangkat beban dengan mekanisme blok sederhana, dalam buku teks fizik untuk kelas 7, untuk ini kita akan meletakkan petikan dari buku teks dengan konsep yang sama dalam jadual untuk kejelasan.
|
A. V. Peryshkin Fizik. Kelas 7. § 61. Penerapan peraturan keseimbangan tuas ke blok, ms 180-183. |
Fizik Gendenshtein L.E. Kelas 7. § 24. Mekanisme sederhana, ms 188-196. |
|
"Sekat adalah roda dengan alur, diperkuat di dalam sangkar. Tali, kabel atau rantai dilalui melalui selokan blok. "Blok tetapblok seperti itu disebut yang paksinya terpaku dan tidak naik atau jatuh ketika mengangkat beban (Gamb. 177). Blok tetap boleh dianggap sebagai tuas lengan sama, di mana lengan gaya sama dengan jari-jari roda (Gbr. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Sekatan seperti itu tidak memberikan keuntungan kekuatan. (F1 \u003d F2), tetapi memungkinkan anda mengubah arah daya. " |
"Adakah blok pegun memberi anda kekuatan? ... dalam Rajah 24.1a kabel diketatkan oleh daya yang dikenakan oleh nelayan ke hujung kabel yang bebas. Kekuatan tegangan kabel tetap berterusan di sepanjang kabel, oleh itu, dari sisi kabel ke beban (ikan ) modulus daya yang sama bertindak. Oleh itu, blok pegun tidak memberikan penambahan kekuatan. 6. Bagaimana menggunakan blok tetap untuk mendapatkan keuntungan kekuatan? Sekiranya seseorang mengangkat diri anda,seperti yang ditunjukkan dalam rajah 24.6, maka berat orang diagihkan sama rata di antara kedua-dua bahagian tali (di seberang blok). Oleh itu, seseorang mengangkat dirinya dengan menggunakan kekuatan yang separuh dari beratnya ”,. |
|
"Blok bergerak adalah blok yang sumbu naik dan jatuh dengan beban (rajah 179).
Gambar 180 menunjukkan tuas yang sesuai: О - titik lekapan, AO - bahu daya P dan OB - bahu daya F Oleh kerana bahu OB 2 kali lebih besar daripada bahu OA, maka daya F adalah 2 kali kurang daripada daya P: F \u003d P / 2. Oleh itu, blok bergerak memberikan kemenangankekuatan 2 kali ". |
"lima. Mengapa blok bergerak memberikan kemenangankekuatan dalamdua kali? Apabila beban diangkat secara merata, blok bergerak juga bergerak sama. Ini bererti bahawa semua daya yang dikenakan ke atasnya adalah sifar. Sekiranya jisim blok dan geseran di dalamnya dapat diabaikan, maka kita dapat menganggap bahawa tiga daya dikenakan pada blok: berat beban P, diarahkan ke bawah, dan dua daya tegangan kabel yang sama F, diarahkan ke atas. Oleh kerana daya yang dihasilkan adalah sifar, maka P \u003d 2F, iaitu berat beban adalah 2 kali ketegangan kabel. Tetapi daya tegangan kabel adalah tepat kekuatan yang dikenakan dengan mengangkat beban dengan bantuan blok bergerak. Oleh itu, kami telah membuktikan bahawa blok bergerak memberikan keuntungan dalam kekuatan 2 kali ". |
|
"Biasanya, dalam praktiknya, kombinasi blok tetap dengan blok bergerak digunakan (Gbr. 181). Blok tetap adalah untuk kemudahan sahaja. Ia tidak memberikan keuntungan kekuatan, tetapi mengubah arah tindakan kekuatan, misalnya, ia membolehkan anda mengangkat beban sambil berdiri di atas tanah.
Rajah 181. Gabungan blok bergerak dan tetap - blok takal ”. |
"12. Rajah 24.7 menunjukkan sistem blok. Berapa banyak blok bergerak yang ada dan berapa banyak yang tetap? Apa kekuatan yang diberikan oleh sistem blok seperti itu jika geseran dan jisim blok boleh diabaikan? " ...
Rajah 24.7. Jawab di halaman 240: “12. Tiga blok bergerak dan satu tetap; 8 kali. " |
Mari kita simpulkan tinjauan dan perbandingan teks dan angka dalam buku teks:
Bukti memperoleh kekuatan dalam buku teks A. V. Peryshkin dilakukan pada roda blok dan daya bertindak adalah kekuatan tuas; semasa mengangkat beban, blok pegun tidak memberikan keuntungan kekuatan, dan blok bergerak memberikan kenaikan kekuatan dalam 2 kali. Tidak disebutkan kabel di mana beban tergantung pada blok tetap dan blok bergerak dengan beban.
Sebaliknya, dalam buku teks L.E. Gendenstein, bukti kenaikan kekuatan dilakukan pada kabel di mana beban atau blok bergerak dengan beban tergantung dan daya bertindak adalah daya tegangan kabel; ketika mengangkat beban, blok pegun dapat memberikan kekuatan kekuatan 2 kali ganda, dan tidak ada sebutan tuas pada roda blok dalam teks.
Pencarian literatur yang menerangkan bagaimana memperoleh keuntungan dengan blok dan penambat membawa ke "Buku Teks Elemen Fizik" yang diedit oleh Akademisi GS Landsberg, dalam §84. Mesin ringkas di halaman 168–175 keterangan diberikan: "blok tunggal, blok dua, pintu gerbang, pengangkut rantai dan blok pembezaan". Sesungguhnya, dengan reka bentuknya, "blok ganda memberikan keuntungan kekuatan ketika mengangkat beban, kerana perbezaan panjang jari-jari blok", dengan bantuan beban itu diangkat, dan blok takal memberikan kenaikan kekuatan ketika mengangkat beban, kerana tali , di beberapa bahagian yang kargo digantung. " Oleh itu, adalah mungkin untuk mengetahui mengapa blok dan kabel (tali) secara berasingan memberikan kenaikan kekuatan ketika mengangkat beban, tetapi tidak mungkin untuk mengetahui bagaimana blok dan kabel berinteraksi satu sama lain dan memindahkan berat beban satu sama lain, kerana beban dapat digantung pada kabel , dan kabel dilemparkan ke atas blok atau beban boleh tergantung di blok, dan blok tergantung di kabel. Ternyata daya tegangan kabel tetap dan bertindak sepanjang panjang kabel, oleh itu, pemindahan berat beban oleh kabel ke blok akan berada pada setiap titik hubungan antara kabel dan blok, serta pemindahan berat beban yang digantung pada blok ke kabel. Untuk memperjelas interaksi blok dengan kabel, kami akan melakukan eksperimen untuk mendapatkan keuntungan kekuatan oleh blok bergerak, ketika mengangkat beban, menggunakan peralatan kelas fizik sekolah: dinamometer, blok makmal dan satu set bobot dalam 1N (102 g). Kami akan memulakan eksperimen kami dengan blok bergerak, kerana kami mempunyai tiga versi berbeza bagaimana blok ini dapat memperoleh kekuatan. Versi pertama ialah “Gamb.180. Blok yang dapat digerakkan sebagai tuas dengan bahu yang tidak sama "- buku teks A. V. Peryshkin, yang kedua" Rajah 24.5 ... dua daya tegangan yang sama dari kabel F ", - menurut buku teks L. E. Gendenstein, dan akhirnya yang ketiga" Rajah 145. Polyspast " ... Mengangkat beban dengan sangkar pengangkut rantai yang boleh digerakkan di beberapa bahagian satu tali - menurut buku teks G.S. Landsberg.
Nombor pengalaman 1. "Gamb. 183"
Untuk menjalankan eksperimen No. 1, memperoleh keuntungan kekuatan pada blok bergerak dengan "tuas dengan lengan yang tidak sama OAV rajah.180" menurut buku teks A. V. Peryshkin, kedudukan 1 pada blok bergerak "rajah 183", kita akan menarik tuas dengan lengan OAV yang tidak sama, seperti dalam "Gamb. 180", dan mulai mengangkat beban dari kedudukan 1 ke posisi 2. Pada masa yang sama, blok mula berputar, berlawanan arah jarum jam, di sekitar paksinya pada titik A, dan titik B - hujung tuas, di luar pengangkatan berlaku, berjalan di luar separuh bulatan, sepanjang kabel bergerak mengelilingi blok bergerak dari bawah. Titik O - titik arah tuas, yang harus dipasang, turun, lihat "Gambar 183" - kedudukan 2, iaitu tuas dengan lengan yang tidak sama OAB berubah sebagai tuas dengan lengan yang sama (titik O dan B melewati jalur yang sama).
Berdasarkan data yang diperoleh dalam eksperimen No. 1 tentang perubahan kedudukan tuas OAB pada blok bergerak ketika mengangkat beban dari kedudukan 1 ke posisi 2, dapat disimpulkan bahawa perwakilan blok bergerak sebagai tuas dengan bahu yang tidak sama dalam "Gambar 180", ketika mengangkat beban, dengan putaran blok di sekitar paksinya, sepadan dengan tuas dengan lengan yang sama, yang tidak memberikan kenaikan kekuatan ketika mengangkat beban.
Eksperimen No. 2 akan dimulakan dengan melampirkan dinamometer ke hujung kabel, di mana kita akan menggantung blok bergerak dengan berat 102 g, yang sepadan dengan graviti 1 N. Kami akan menetapkan salah satu hujung kabel ke suspensi, dan untuk hujung kabel yang lain, kami akan mengangkat beban pada blok bergerak. Sebelum kenaikan, pembacaan kedua-dua dinamometer sebanyak 0,5 N, pada awal kenaikan, pembacaan dinamometer, yang kenaikannya terjadi, berubah menjadi 0,6 N, dan tetap demikian selama kenaikan, pada akhir kenaikan, pembacaan kembali ke 0,5 N. Pembacaan dinamometer tetap untuk penggantungan tetap tidak berubah semasa pendakian dan tetap sama dengan 0,5 N. Mari kita analisis hasil percubaan:
- Sebelum mengangkat, apabila beban 1 N (102 g) tergantung di blok bergerak, berat beban diedarkan ke seluruh roda dan dihantar ke kabel, yang bergerak di sekitar blok dari bawah, oleh seluruh lingkaran separuh roda.
- Sebelum mengangkat, bacaan kedua-dua dinamometer masing-masing 0,5 N, yang menunjukkan pengedaran berat beban dalam 1 N (102 g) pada dua bahagian kabel (sebelum dan sesudah blok) atau bahawa daya tegangan kabel adalah 0,5 N, dan sama sepanjang keseluruhan kabel (yang pada awalnya sama pada hujung kabel) - kedua-dua pernyataan ini adalah benar.
Mari kita bandingkan analisis pengalaman No. 2 dengan versi buku teks untuk memperoleh kekuatan 2 kali ganda oleh blok bergerak. Mari kita mulakan dengan pernyataan dalam buku teks L. E. Gendenstein "... bahawa tiga daya dikenakan pada blok: berat beban P, diarahkan ke bawah, dan dua daya tegangan kabel yang sama, diarahkan ke atas (Gbr. 24.5)." Lebih tepat lagi, akan menjadi pernyataan bahawa berat muatan dalam "Gambar. 14.5 "dibahagikan kepada dua bahagian kabel, sebelum dan selepas blok, kerana daya tegangan kabel adalah satu. Masih ada untuk menganalisis tanda tangan untuk "Gambar. 181" dari buku teks A. V. Poryshkin "Gabungan blok bergerak dan tetap - blok takal". Penjelasan mengenai peranti dan kekuatan, ketika mengangkat beban, dengan pengangkut rantai diberikan dalam Buku Teks Fizik Elementary, ed. Lansberg G.S. di mana dikatakan: "Setiap helai tali di antara blok akan bertindak pada beban yang bergerak dengan kekuatan T, dan semua potongan tali akan bertindak dengan kekuatan nT, di mana n adalah bilangan bahagian terpisah dari tali yang menghubungkan kedua-dua bahagian blok." Ternyata jika "rajah 181" kita menggunakan kekuatan kekuatan dengan "tali yang menghubungkan kedua-dua bahagian" blok takal dari buku teks Fizik Elementary oleh G.S. Landsberg, maka perihalan penambahan kekuatan oleh blok bergerak dalam "rajah 179 dan, dengan demikian, rajah. 180 "akan menjadi kesalahan.
Setelah menganalisis empat buku teks fizik, kita dapat menyimpulkan bahawa penerangan yang ada untuk mendapatkan kekuatan dengan mekanisme blok sederhana tidak sesuai dengan keadaan sebenar dan oleh itu memerlukan penerangan baru mengenai operasi mekanisme blok sederhana.
Peranti mengangkat sederhana terdiri daripada bongkah dan tali (tali atau rantai).
Blok mekanisme pengangkatan ini dibahagikan kepada:
dengan reka bentuk menjadi sederhana dan kompleks;
dengan kaedah mengangkat beban ke bergerak dan tetap.
Mari mulakan kenalan kami dengan pembinaan blok dengan blok sederhana, yang merupakan roda yang berputar di sekitar paksinya, dengan alur di sekitar lilitan untuk kabel (tali, rantai) Gambar 1 dan ia dapat dianggap sebagai tuas lengan sama, yang lengannya sama dengan jari-jari roda: ОА \u003d ОВ \u003d r. Blok seperti itu tidak memberikan keuntungan kekuatan, tetapi membolehkan anda mengubah arah pergerakan kabel (tali, rantai).
Blok berganda terdiri daripada dua blok jejari yang berlainan, diikat dengan ketat antara satu sama lain dan dipasang di atas paksi sepunya rajah 2. Jejari blok r1 dan r2 adalah berbeza dan ketika mengangkat beban, mereka bertindak sebagai tuas dengan lengan yang tidak sama, dan kenaikan kekuatan akan sama dengan nisbah panjang jari-jari sebuah blok dengan diameter yang lebih besar ke blok dengan diameter yang lebih kecil F \u003d P · r1 / r2.
Pintu gerbang terdiri daripada silinder (drum) dan pemegang yang melekat padanya, yang berfungsi sebagai blok diameter besar, Penguatan daya yang diberikan oleh gerbang ditentukan oleh nisbah jejari bulatan R, yang dijelaskan oleh pegangan, dengan jari-jari silinder r, di mana tali dililit F \u003d P · r / R.
Mari kita beralih kepada kaedah mengangkat beban dalam blok. Dari keterangan reka bentuk, semua blok mempunyai sumbu di mana ia berputar. Sekiranya paksi blok tetap dan ketika mengangkat barang tidak naik dan turun, maka blok seperti itu disebut blok tetap,blok sederhana, blok dua, pintu pagar.
Pada blok bergolekgandar naik dan jatuh bersama dengan beban rajah 10 dan terutamanya bertujuan untuk menghilangkan kekusutan kabel di tempat penggantungan beban.
Mari berkenalan dengan peranti dan kaedah mengangkat beban dengan bahagian kedua mekanisme mengangkat sederhana - ini adalah kabel, tali atau rantai. Tali dipintal dari wayar keluli, tali dipintal dari benang atau helai, dan rantai terdiri daripada pautan yang saling bersambung.
Cara penangguhan kargo dan penambahan kekuatan, ketika mengangkat kargo, dengan kabel:
Dalam rajah. 4, beban tetap pada salah satu hujung kabel dan jika anda mengangkat beban di hujung kabel yang lain, maka mengangkat beban ini akan memerlukan daya yang sedikit lebih besar daripada berat beban, kerana satuan gandaan sederhana yang berlaku tidak memberikan F \u003d R.
Dalam Rajah 5, pekerja mengangkat dirinya dengan kabel, yang membongkok di sekitar blok sederhana dari atas, di satu hujung bahagian pertama kabel terdapat tempat duduk di mana pekerja duduk, dan untuk bahagian kedua kabel, pekerja mengangkat dirinya dengan kekuatan 2 kali lebih sedikit daripada berat badannya, kerana berat pekerja diagihkan pada dua bahagian kabel, yang pertama dari tempat duduk ke blok, dan yang kedua dari blok ke tangan pekerja F \u003d P / 2.
Dalam Rajah 6, dua pekerja mengangkat beban dengan dua kabel dan berat beban diagihkan secara merata di antara kabel dan oleh itu setiap pekerja akan mengangkat beban dengan kekuatan setengah berat beban F \u003d P / 2.
Dalam Gambar 7, pekerja mengangkat beban yang tergantung pada dua bahagian satu kabel dan berat beban diagihkan sama rata di antara bahagian kabel ini (seperti di antara dua kabel) dan setiap pekerja akan mengangkat beban dengan daya sama dengan separuh berat beban F \u003d P / 2.
Pada Gambar 8, hujung kabel, yang mana salah satu pekerja mengangkat beban, dipasang pada suspensi tetap, dan berat beban diedarkan ke dua bahagian kabel dan ketika pekerja mengangkat beban, ujung kedua kabel digandakan, kekuatan dengan mana pekerja akan mengangkat beban kurang berat F \u003d P / 2 dan beban akan menjadi 2 kali lebih perlahan.
Pada Gambar 9, beban tergantung pada 3 bahagian satu kabel, salah satu ujungnya tetap dan kenaikan kekuatan ketika mengangkat beban akan sama dengan 3, kerana berat beban diedarkan ke dalam tiga bahagian kabel F \u003d P / 3.
Untuk menghilangkan selekoh dan mengurangkan daya geseran, blok sederhana dipasang di tempat di mana beban ditangguhkan dan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban tidak berubah, kerana blok sederhana tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan Gambar 10 dan Gambar 11, dan blok itu sendiri akan dipanggil blok bergerak, kerana paksi blok ini naik dan turun dengan beban.
Secara teorinya, beban dapat ditangguhkan pada sebilangan bahagian satu kabel yang tidak terbatas, tetapi praktikalnya terhad kepada enam bahagian, dan mekanisme pengangkat seperti ini disebut blok takal, yang terdiri daripada klip tetap dan bergerak dengan blok sederhana, yang bergantian dibengkokkan oleh kabel, satu hujung dipasang ke klip tetap, dan beban diangkat di hujung kabel yang lain. Penguatan kekuatan bergantung pada jumlah bahagian kabel antara klip tetap dan bergerak, biasanya 6 bahagian kabel dan penambahan kekuatan 6 kali.
Artikel ini membincangkan interaksi kehidupan nyata antara blok dan kabel semasa mengangkat kargo. Amalan semasa dalam menentukan bahawa "blok tetap tidak memberikan keuntungan kekuatan, dan blok bergerak memberikan kenaikan kekuatan sebanyak 2 kali" secara salah menafsirkan interaksi kabel dan blok dalam mekanisme pengangkatan dan tidak mencerminkan keseluruhan reka bentuk blok, yang menyebabkan pengembangan idea salah satu sisi mengenai sekatan. Berbanding dengan jumlah bahan yang ada untuk mempelajari mekanisme blok sederhana, jumlah artikel meningkat dua kali ganda, tetapi ini memungkinkan untuk menerangkan dengan jelas dan jelas proses yang berlaku dalam mekanisme mengangkat sederhana bukan sahaja kepada pelajar, tetapi juga kepada guru.
Sastera:
- Peryshkin, A. V. Fizik, kelas 7: buku teks / A. V. Peryshkin. - Edisi ke-3, Tambahan - M .: Drofa, 2014, - 224 p,: sakit. ISBN 978-5-358-14436-1. § 61. Penerapan peraturan keseimbangan tuas ke blok, hlm. 181-183.
- Gendenstein, L.E. Fizik. Kelas 7. Pada pukul 2 petang Bahagian 1. Buku teks untuk institusi pendidikan / L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; ed. V.A. Orlova, I. I. Roisen, edisi ke-2, Rev. - M .: Mnemosina, 2010. - 254 hlm: sakit. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Mekanisme mudah, hlm. 188–196.
- Buku teks asas fizik, disunting oleh ahli akademik G. S. Landsberg Jilid 1. Mekanik. Haba. Fizik Molekul - edisi ke-10 - Moscow: Nauka, 1985. § 84. Mesin Sederhana, hlm.168–175.
- Gromov, S.V. Fizik: Buku teks. untuk 7 cl. pendidikan umum. institusi / S.V. Gromov, N.A Rodina.- 3rd ed. - M .: Pendidikan, 2001.-158 s,: sakit. ISBN-5–09–010349–6. §22. Blok, hlm. 55 -57.
Kata kunci: blok, blok dua, blok tetap, blok bergerak, blok takal..
Anotasi: Buku teks fizik untuk kelas 7, ketika mempelajari mekanisme blok sederhana, menafsirkan kenaikan kekuatan ketika mengangkat beban menggunakan mekanisme ini dengan cara yang berbeza, contohnya: dalam buku teks A. V. Peryshkin, peningkatan kekuatan dicapai dengan bantuan roda blok, di mana daya tuas bertindak, dan dalam buku teks Gendenstein L.E. keuntungan yang sama diperoleh dengan bantuan kabel, di mana daya tegangan kabel bertindak. Buku teks yang berbeza, objek yang berbeza dan kekuatan yang berbeza - untuk memperoleh kekuatan ketika mengangkat beban. Oleh itu, tujuan artikel ini adalah untuk mencari objek dan daya dengan bantuan yang mana keuntungan kekuatan diperoleh ketika mengangkat beban dengan mekanisme blok sederhana.