DALAM Teknologi moden Untuk membawa beban di tapak pembinaan dan perusahaan, mekanisme mengangkat digunakan secara meluas, komponen yang sangat diperlukan yang boleh dipanggil mekanisme mudah. Antaranya ialah ciptaan manusia yang paling kuno: blok dan tuas. Saintis Yunani kuno Archimedes menjadikan kerja manusia lebih mudah dengan memberinya keuntungan dalam kekuatan apabila menggunakan ciptaannya, dan mengajarnya mengubah arah daya.
Bongkah ialah roda dengan alur di sekeliling lilitannya untuk tali atau rantai, paksinya dilekatkan tegar pada rasuk dinding atau siling.
Peranti mengangkat biasanya tidak menggunakan satu, tetapi beberapa blok. Sistem blok dan kabel yang direka untuk meningkatkan kapasiti beban dipanggil angkat rantai.
Blok boleh alih dan tetap adalah mekanisme ringkas kuno yang sama seperti tuas. Sudah pada 212 SM, dengan bantuan cangkuk dan grapple yang disambungkan ke blok, Syracusans menawan peralatan pengepungan daripada orang Rom. Pembinaan kenderaan tentera dan pertahanan bandar diketuai oleh Archimedes.
Archimedes menganggap blok tetap sebagai tuas bersenjata yang sama.
Momen daya yang bertindak pada satu sisi bongkah adalah sama dengan momen daya yang dikenakan pada sisi bongkah yang lain. Kekuatan yang mencipta detik-detik ini juga sama.
Tidak ada keuntungan dalam kekuatan, tetapi blok sedemikian membolehkan anda menukar arah daya, yang kadang-kadang perlu.
Blok boleh alih Archimedes mengambil tuil bersenjata tidak sama, yang memberikan keuntungan 2 kali ganda berkuat kuasa. Berbanding dengan pusat putaran, momen daya bertindak, yang dalam keseimbangan mestilah sama.
Archimedes belajar sifat mekanikal blok bergerak dan mengaplikasikannya dalam amalan. Menurut Athenaeus, "banyak kaedah dicipta untuk melancarkan kapal raksasa yang dibina oleh Syracusan tyrant Hieron, tetapi mekanik Archimedes, menggunakan mekanisme mudah, sahaja berjaya menggerakkan kapal itu dengan bantuan beberapa orang dan dengan bantuannya melancarkan sebuah kapal yang besar.” .
Blok tidak memberi keuntungan dalam kerja, mengesahkan Peraturan Emas mekanik. Ini mudah untuk disahkan dengan memberi perhatian kepada jarak yang dilalui oleh tangan dan berat.
Kapal layar sukan, seperti perahu layar masa lalu, tidak boleh melakukan tanpa blok apabila menetapkan dan mengawal layar. Kapal moden memerlukan blok untuk mengangkat isyarat dan bot.
Gabungan unit bergerak dan tetap ini pada talian elektrik kereta api untuk melaraskan ketegangan wayar.
Sistem blok ini boleh digunakan oleh juruterbang peluncur untuk mengangkat peranti mereka ke udara.
Blok itu terdiri daripada satu atau lebih roda (penggelek) yang dikelilingi oleh rantai, tali pinggang atau kabel. Sama seperti tuil, takal mengurangkan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban, tetapi ia juga boleh mengubah arah daya yang dikenakan.
Keuntungan dalam kekuatan datang pada kos jarak: semakin sedikit usaha yang diperlukan untuk mengangkat beban, semakin jauh jarak yang perlu dilalui oleh titik aplikasi usaha ini. Sistem takal meningkatkan keuntungan kekuatan dengan menggunakan lebih banyak rantai pembawa beban. Peranti penjimatan kuasa sedemikian mempunyai pelbagai aplikasi yang sangat luas - daripada menggerakkan rasuk keluli besar ke ketinggian ke tapak pembinaan sebelum bendera dinaikkan.
Seperti yang lain mekanisme mudah, pencipta blok tidak diketahui. Walaupun blok mungkin telah wujud sebelum ini, sebutan pertama mengenainya dalam kesusasteraan bermula pada abad kelima SM dan berkaitan dengan penggunaan blok oleh orang Yunani purba di atas kapal dan di teater.
Sistem blok alih yang dipasang pada rel yang digantung (gambar di atas) digunakan secara meluas pada talian pemasangan kerana ia sangat memudahkan pergerakan bahagian berat. Daya yang dikenakan (F) adalah sama dengan berat beban (W) dibahagikan dengan bilangan rantai yang digunakan untuk menyokongnya (n).
Blok tetap tunggal
ini jenis paling ringkas blok tidak mengurangkan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban, tetapi ia mengubah arah daya yang dikenakan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas dan di bahagian atas sebelah kanan. Blok tetap di bahagian atas tiang bendera memudahkan untuk mengangkat bendera dengan membenarkan kord yang dipasang bendera ditarik ke bawah.
Blok bergerak tunggal
Takal tunggal, yang boleh digerakkan, mengurangkan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban sebanyak separuh. Walau bagaimanapun, mengurangkan separuh daya yang dikenakan bermakna titik aplikasi mesti bergerak dua kali lebih jauh. Dalam kes ini, daya adalah sama dengan separuh berat (F=1/2W).
Sistem blok
Apabila menggunakan gabungan blok tetap dan satu boleh alih, daya yang dikenakan ialah gandaan jumlah nombor rantai pembawa beban. Dalam kes ini, daya adalah sama dengan separuh berat (F=1/2W).
kargo, digantung secara menegak melalui blok, membolehkan wayar elektrik mendatar ditarik tegang.
Lif yang digantung(gambar di atas) terdiri daripada rantai yang dililitkan pada satu blok boleh alih dan dua blok tetap. Mengangkat beban memerlukan daya yang hanya separuh daripada beratnya.
Pengangkat takal, yang biasa digunakan dalam kren besar (gambar di sebelah kanan), terdiri daripada satu set blok bergerak dari mana beban digantung, dan satu set blok pegun yang dipasang pada boom kren. Menerima keuntungan dalam kekuatan daripada itu kuantiti yang besar blok, kren boleh mengangkat beban yang sangat berat, seperti rasuk keluli. Dalam kes ini, daya (F) adalah sama dengan hasil bagi berat beban (W) dibahagikan dengan bilangan kabel sokongan (n).
Selalunya, mekanisme mudah digunakan untuk mendapatkan kuasa. Iaitu, menggunakan kurang daya untuk menggerakkan berat yang lebih besar berbanding dengannya. Pada masa yang sama, keuntungan dalam kekuatan tidak dicapai "secara percuma." Harga untuk membayarnya adalah kerugian dalam jarak, iaitu, anda perlu membuat pergerakan yang lebih besar daripada tanpa menggunakan mekanisme mudah. Walau bagaimanapun, apabila daya terhad, maka jarak "berdagang" untuk kekuatan adalah bermanfaat.
Blok alih dan tetap adalah dua jenis mekanisme mudah. Di samping itu, mereka adalah tuil yang diubah suai, yang juga merupakan mekanisme mudah.
Blok tetap tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, ia hanya mengubah arah penggunaannya. Bayangkan anda perlu mengangkat beban berat ke atas menggunakan tali. Anda perlu menariknya ke atas. Tetapi jika anda menggunakan blok pegun, maka anda perlu menarik ke bawah semasa beban meningkat. Dalam kes ini, ia akan menjadi lebih mudah untuk anda, kerana kekuatan yang diperlukan akan terdiri daripada kekuatan otot dan berat badan anda. Tanpa penggunaan blok pegun, daya yang sama perlu digunakan, tetapi ia akan dicapai semata-mata melalui kekuatan otot.
Blok tetap ialah roda dengan alur untuk tali. Roda itu tetap, ia boleh berputar di sekeliling paksinya, tetapi tidak boleh bergerak. Hujung tali (kabel) digantung ke bawah, beban dipasang pada satu, dan daya dikenakan pada yang lain. Jika anda menarik kabel ke bawah, beban akan naik.
Oleh kerana tidak ada keuntungan dalam kekuatan, tidak ada kerugian dalam jarak. Jarak beban naik, tali mesti diturunkan jarak yang sama.
Penggunaan blok bergerak memberikan keuntungan dalam kekuatan dua kali (idealnya). Ini bermakna jika berat beban ialah F, maka untuk mengangkatnya, daya F/2 mesti dikenakan. Blok bergerak terdiri daripada roda yang sama dengan alur untuk kabel. Walau bagaimanapun, satu hujung kabel dipasang di sini, dan roda boleh digerakkan. Roda bergerak dengan beban.
Berat beban adalah daya ke bawah. Ia diimbangi oleh dua daya ke atas. Satu dicipta oleh sokongan yang dipasangkan kabel, dan satu lagi dengan penarik kabel. Daya ketegangan kabel adalah sama pada kedua-dua belah, yang bermaksud bahawa berat beban diagihkan sama rata di antara mereka. Oleh itu, setiap daya adalah 2 kali kurang daripada berat beban.
Dalam situasi sebenar, keuntungan dalam kekuatan adalah kurang daripada 2 kali, kerana daya angkat sebahagiannya "terbuang" pada berat tali dan blok, serta geseran.
Blok yang bergerak, sambil memberikan keuntungan hampir dua kali ganda dalam kekuatan, memberikan kerugian berganda dalam jarak. Untuk menaikkan beban ke ketinggian tertentu h, tali pada setiap sisi blok mesti berkurangan dengan ketinggian ini, iaitu, jumlahnya ialah 2h.
Gabungan blok tetap dan boleh alih - blok takal - biasanya digunakan. Mereka membolehkan anda memperoleh kekuatan dan arahan. Lebih banyak blok bergerak yang terdapat dalam angkat rantai, lebih besar keuntungan dalam kekuatan.
Buat masa ini, kita akan menganggap bahawa jisim blok dan kabel, serta geseran dalam blok, boleh diabaikan. Dalam kes ini, kita boleh menganggap daya tegangan kabel adalah sama di semua bahagiannya. Di samping itu, kami akan menganggap bahawa kabel tidak boleh dipanjangkan dan jisimnya boleh diabaikan.
Blok tetap
Bongkah pegun digunakan untuk menukar arah daya. Dalam Rajah. 24.1, dan menunjukkan cara menggunakan bongkah pegun untuk menukar arah daya ke arah yang bertentangan. Walau bagaimanapun, dengan bantuannya anda boleh menukar arah daya mengikut kehendak anda.
Lukiskan rajah penggunaan bongkah pegun yang boleh digunakan untuk memutarkan arah daya sebanyak 90°.
Adakah blok pegun memberikan keuntungan dalam kekuatan? Mari kita lihat ini menggunakan contoh yang ditunjukkan dalam Rajah. 24.1, a. Kabel ditegangkan oleh daya yang dikenakan oleh nelayan pada hujung kabel yang bebas. Daya tegangan kabel kekal malar di sepanjang kabel, oleh itu, dari sisi kabel, daya dengan magnitud yang sama bertindak ke atas beban (ikan). Oleh itu, blok pegun tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan.
Apabila menggunakan blok pegun, beban meningkat dengan jumlah yang sama seperti hujung kabel yang mana nelayan menggunakan daya diturunkan. Ini bermakna dengan menggunakan blok pegun, kita tidak menang atau kalah di sepanjang jalan.
Blok boleh alih
Mari letak pengalaman
Apabila mengangkat beban menggunakan blok boleh alih ringan, kita akan perasan bahawa jika geseran adalah rendah, maka untuk mengangkat beban kita mesti menggunakan daya yang lebih kurang 2 kali kurang daripada berat beban (Rajah 24.3). Oleh itu, blok alih memberikan keuntungan 2 kali ganda dalam kekuatan.
nasi. 24.3. Apabila menggunakan blok bergerak, kita mendapat 2 kali kekuatan, tetapi kehilangan bilangan kali yang sama dalam perjalanan
Walau bagaimanapun, untuk keuntungan berganda dalam kekuatan, anda perlu membayar dengan kerugian yang sama di sepanjang jalan: untuk mengangkat beban, sebagai contoh, sebanyak 1 m, anda perlu menaikkan hujung kabel yang dilemparkan ke atas blok sebanyak 2 m.
Hakikat bahawa blok bergerak memberikan keuntungan dua kali ganda dalam kekuatan boleh dibuktikan tanpa menggunakan pengalaman (lihat bahagian di bawah "Mengapa blok bergerak memberikan keuntungan dua kali ganda dalam kekuatan?").
Istilah "blok" bermaksud beberapa peranti mekanikal, iaitu penggelek yang dipasang pada paksi serenjang. Penggelek ini sama ada boleh bergerak dengan bebas, atau, sebaliknya, ia dipasang dengan tegar. Mari kita permudahkan definisi - jika paksi putaran penggelek bergerak di angkasa, maka blok itu boleh digerakkan. Penggelek mempunyai alur di mana tali atau kabel dimasukkan. Gambar di bawah menunjukkan penampilan blok.
Jika roller dipasang, sebagai contoh, di siling, ia adalah blok pegun. Jika roller bergerak dengan beban, ia adalah blok bergerak. Secara umum, ini adalah satu-satunya perbezaan.
Tujuan menggunakan blok bergerak adalah untuk mendapatkan kekuatan apabila mengangkat atau menggerakkan beban dan badan fizikal. Blok tetap tidak memberikan apa-apa faedah, tetapi selalunya ia sangat memudahkan pergerakan badan dan digunakan dalam sistem bersama-sama dengan blok alih.
Penggunaan blok alih dan tetap
Sistem blok terdapat di mana-mana. Ini termasuk kren, pelbagai peranti untuk memindahkan barang di garaj, dan juga memandu tali pinggang dalam kereta moden. Selalunya blok digunakan walaupun tanpa pemahaman yang jelas bahawa ini adalah mekanisme yang sama.
Pastinya di tapak pembinaan anda pernah terjumpa roda boleh alih yang dipasang pada tingkat atas rumah yang sedang dalam pembinaan. Tali atau rantai dilemparkan ke atas roda sedemikian dan pekerja, mengamankan baldi di tingkat pertama, mengangkatnya ke tingkat atas, menggerakkan tali. Ini adalah contoh mudah menggunakan blok tetap. Jika anda menambah satu lagi roda pada baldi, anda akan mendapat sistem blok - boleh alih dan pegun.
Satu lagi contoh yang jarang digunakan untuk menggunakan blok tetap. Apabila seseorang menarik kereta keluar dari lumpur dengan melilitkan tali tunda pada batang pokok. Ini dilakukan untuk kemudahan yang lebih besar, kerana win tunda akan mudah menangkap hujung kecil kabel yang dililit di sekeliling tong. Tiada keuntungan daripada blok itu sendiri, dan kerana pokok itu tidak berputar di sekeliling paksinya, daya rintangan meningkatkan beban.
Terdapat banyak contoh penggunaan mekanisme mudah ini di sekeliling kita.
Peranti paling terkenal yang berfungsi pada prinsip blok ialah pengangkat rantai. Ia digunakan secara aktif dalam mekanisme mengangkat. Sistem blok mengurangkan kekuatan dan kerja am dikurangkan sebanyak 4-8 kali.
Menyelesaikan masalah dengan mengalih dan membetulkan blok
Dalam masalah fizik, selalunya perlu untuk menentukan jumlah keuntungan dalam kekuatan yang akan diperolehi dengan menggunakan blok. Pelajar itu ditawarkan litar kompleks, di mana beberapa blok pelbagai jenis disambungkan dalam satu baris.
Kunci kepada penyelesaian Tugas sedemikian terletak pada keupayaan untuk memahami interaksi peranti ini. Setiap blok dikira secara berasingan dan kemudian ditambah kepada formula keseluruhan. Formula pengiraan bagi keseluruhan masalah dirangka mengikut rajah yang dilukis oleh pelajar semasa membaca syarat tersebut.
Untuk lebih memahami masalah seperti itu, perlu diingati itu bongkah ialah sejenis tuas. Kekuatan yang diperoleh memberikan kerugian dalam jarak (dalam kes blok bergerak).
Formula pengiraannya sangat mudah.
Untuk blok tetap F=fmg, dengan F ialah daya, f ialah pekali rintangan bongkah, m ialah jisim beban, g ialah pemalar graviti. Dengan kata lain, F ialah daya yang mesti dikenakan untuk mengangkat, contohnya, kotak dari tanah menggunakan blok pegun. Seperti yang anda lihat, hubungan itu adalah langsung dan tidak ada pekali.
Untuk blok bergerak kita mempunyai keuntungan berganda dalam kuasa. Formula pengiraanF=0.5fmg, di mana sebutan surat sama dengan formula di atas. Sehubungan itu, apabila menggunakan bongkah alih, kotak sebegitu berjisim m akan diangkat dua kali lebih mudah dengan bongkah itu daripada hanya menggunakan punggung anda sendiri.
ambil perhatian bahawa pekali seret- ini adalah rintangan yang timbul dalam blok apabila tali bergerak di sepanjangnya. Biasanya nilai ini dinyatakan dalam pernyataan masalah atau nilai jadual. Kadangkala dalam masalah sekolah, pekali ini diketepikan sepenuhnya dan tidak diambil kira.
Lebih-lebih lagi, seseorang tidak boleh melupakannya jika daya dikenakan pada sudut, maka anda perlu menggunakan kaedah piawai untuk mengira segitiga daya. Jika masalah mengatakan bahawa seseorang menarik beban pada tali yang berada pada 30 darjah ke ufuk, maka ini pastinya harus diambil kira dan ditunjukkan pada rajah pengiraan.