Blocket består av ett eller flera hjul (rullar) omgivna av en kedja, bälte eller kabel. Precis som en spak minskar en remskiva kraften som krävs för att lyfta en last, men den kan också ändra riktningen på kraften som appliceras.
Ökningen i styrka kommer på bekostnad av avståndet: ju mindre ansträngning som krävs för att lyfta en last, desto längre sträcka måste applikationspunkten för denna ansträngning färdas. Remskivans system ökar styrkan genom att använda fler lastbärande kedjor. Sådana energibesparande enheter har ett mycket brett användningsområde - från att flytta massiva stålbalkar till höjder till byggarbetsplatser innan flaggorna hissas.
Som med andra enkla mekanismer är uppfinnarna av blocket okända. Även om block kan ha funnits tidigare, går det första omnämnandet av dem i litteraturen tillbaka till det femte århundradet f.Kr. och relaterar till de gamla grekernas användning av block på fartyg och i teatrar.
Rörliga blocksystem monterade på en upphängd skena (bilden ovan) används ofta på löpande band eftersom de i hög grad underlättar förflyttning av tunga delar. Den applicerade kraften (F) är lika med vikten av lasten (W) dividerat med antalet kedjor som används för att stödja den (n).
Enstaka fasta block
Detta enklaste typen blocket minskar inte kraften som krävs för att lyfta lasten, men det ändrar riktningen på den applicerade kraften, som visas i figurerna ovan och uppe till höger. Fast block på toppen av flaggstången gör det lättare att lyfta flaggan genom att låta snöret som flaggan är fäst i dras ner.
Enstaka rörliga block
Den enkla remskivan, som kan flyttas, minskar kraften som krävs för att lyfta lasten med hälften. En halvering av den applicerade kraften innebär dock att appliceringspunkten måste förflyttas dubbelt så långt. I detta fall är kraften lika med halva vikten (F=1/2W).
Blocksystem
När man använder en kombination av ett fast block och ett rörligt, är den applicerade kraften en multipel av totalt antal lastbärande kedjor. I detta fall är kraften lika med halva vikten (F=1/2W).
Frakt, upphängd vertikalt genom blocket, gör att horisontella elektriska ledningar kan dras spända.
Upphängd hiss(bilden ovan) består av en kedja virad runt ett rörligt och två fasta block. Att lyfta en last kräver en kraft som bara är hälften av dess vikt.
Remskiva hiss, som vanligtvis används i stora kranar (bilden till höger), består av en uppsättning rörliga block från vilka lasten är upphängd, och en uppsättning stationära block fästa på kranens bom. Att få en styrka av sådant stor mängd block kan kranen lyfta mycket tunga laster, såsom stålbalkar. I detta fall är kraften (F) lika med kvoten av lastens vikt (W) dividerat med antalet stödkablar (n).
Ett rörligt block skiljer sig från ett stationärt genom att dess axel inte är fixerad, och det kan stiga och falla tillsammans med lasten.
Figur 1. Flyttbart block
Som fast block, det rörliga blocket består av samma hjul med ett spår för kabeln. Däremot är ena änden av kabeln fixerad här, och hjulet är rörligt. Hjulet rör sig med lasten.
Som Arkimedes noterade är det rörliga blocket i huvudsak en spak och fungerar på samma princip, vilket ger en ökning i styrka på grund av skillnaden i axlarna.
Figur 2. Krafter och krafter i det rörliga blocket
Det rörliga blocket rör sig tillsammans med lasten, som om det låg på ett rep. I det här fallet kommer stödpunkten vid varje tidpunkt att vara i kontaktpunkten för blocket med repet på ena sidan, lastens påverkan kommer att appliceras på mitten av blocket, där den är fäst vid axeln , och dragkraften kommer att appliceras vid kontaktpunkten med repet på andra sidan av blocket. Det vill säga, axeln på kroppsvikten kommer att vara blockets radie, och axeln för kraften från vår dragkraft kommer att vara diametern. Momentregeln i det här fallet kommer att se ut så här:
$$mgr = F \cdot 2r \Högerpil F = mg/2$$
Det rörliga blocket ger alltså dubbel styrka.
Vanligtvis används i praktiken en kombination av ett fast block och ett rörligt (fig. 3). Det fasta blocket används endast för bekvämlighet. Den ändrar kraftens riktning, vilket gör att man till exempel kan lyfta en last medan man står på marken, och det rörliga blocket ger en kraftförstärkning.
Figur 3. Kombination av fasta och rörliga block
Vi undersökte idealblock, det vill säga de där friktionskrafternas verkan inte beaktades. För riktiga block är det nödvändigt att införa korrigeringsfaktorer. Följande formler används:
Fast block
$F = f 1/2 mg $
I dessa formler: $F$ är den applicerade yttre kraften (vanligtvis kraften från en persons händer), $m$ är lastens massa, $g$ är gravitationskoefficienten, $f$ är motståndskoefficienten i blocket (för kedjor ca 1,05, och för rep 1,1).
Med hjälp av ett system av rörliga och fasta block lyfter lastaren verktygslådan till en höjd av $S_1$ = 7 m, med en kraft på $F$ = 160 N. Vad är lådans massa och hur många meter rep måste tas bort medan lasten lyfts? Vilket arbete kommer lastaren att göra som ett resultat? Jämför det med det arbete som gjorts på lasten för att flytta den. Försumma friktion och massa av det rörliga blocket.
$m, S_2 , A_1 , A_2$ - ?
Det rörliga blocket ger dubbel styrka och dubbel rörelseförlust. Ett stationärt block ger ingen kraftförstärkning utan ändrar dess riktning. Således kommer den applicerade kraften att vara halva vikten av lasten: $F = 1/2P = 1/2mg$, varifrån vi hittar lådans massa: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$
Lastens rörelse kommer att vara hälften så mycket som längden på det valda repet:
Det arbete som utförs av lastaren är lika med produkten av den applicerade kraften och lastens rörelse: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.
Arbete utfört på lasten:
Svar: Lådans massa är 32,65 kg. Längden på det valda repet är 14 m. Arbetet som utförs är 2240 J och beror inte på metoden för att lyfta lasten, utan bara på lastens massa och lyftens höjd.
Problem 2
Vilken last kan lyftas med ett rörligt block som väger 20 N om repet dras med en kraft på 154 N?
Låt oss skriva ner momentregeln för det rörliga blocket: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, där $f$ är korrigeringsfaktorn för repet.
Sedan $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$
Svar: Lastens vikt är 260 N.
4.1. Statiska element
4.1.7. Några enkla mekanismer: block
Enheter som är utformade för att flytta (höja, sänka) laster med hjälp av ett hjul och en tråd som kastas genom det, på vilken en viss kraft appliceras, kallas block. Det finns stationära och rörliga block.
Blocken är utformade för att flytta en last som väger P → med en kraft F → applicerad på ett rep som kastas över ett hjul.
För alla typer av block(stationär och mobil) jämviktsvillkoret är uppfyllt:
d 1 F = d 2 P,
där d 1 är armen för kraften F → applicerad på repet; d 2 - kraftarm P → (tyngden av lasten som flyttas med detta block).
I fast block(Fig. 4.8) armarna för krafterna F → och P → är identiska och lika med blockets radie:
d 1 = d 2 = R,
därför är kraftmodulerna lika med varandra:
F = P.
Ris. 4.8
Med hjälp av ett stationärt block kan en kropp som väger P → förflyttas genom att applicera en kraft F → , vars storlek sammanfaller med lastens vikt.
I det rörliga blocket (fig. 4.9) är armarna för krafterna F → och P → olika:
d 1 = 2R och d 2 = R,
där d 1 är armen för kraften F → applicerad på repet; d 2 - kraftarm P → (tyngden av lasten som flyttas med detta block),
därför lyder kraftmodulerna jämlikheten:
Ris. 4.9
Med hjälp av ett rörligt block kan en kropp som väger P → flyttas genom att applicera en kraft F → vars värde är halva lastens vikt.
Block låter dig flytta en kropp ett visst avstånd:
- ett stationärt block ger inte en styrka; den ändrar bara riktningen för den applicerade kraften;
- det rörliga blocket ger en 2-faldig ökning i styrka.
Dock både rörliga och fasta block ge inte vinster arbete: antalet gånger vi vinner i styrka, antalet gånger vi förlorar i distans (“ gyllene regeln» mekanik).
Exempel 22. Systemet består av två viktlösa block: ett rörligt och ett stationärt. En massa på 0,40 kg är upphängd från det rörliga blockets axel och berör golvet. En viss kraft appliceras på den fria änden av ett rep som kastas över ett stationärt block som visas i figuren. Under påverkan av denna kraft stiger lasten från vila till en höjd av 4,0 m på 2,0 s. Hitta storleken på kraften som appliceras på repet.
2 T → ′ + P → = m a → ,
2 T − m g = m a ,
a = 2 F − m g m .
Den väg som lasten färdas sammanfaller med dess höjd över golvytan och är relaterad till tiden för dess rörelse t med formeln
eller med hänsyn till uttrycket för accelerationsmodulen
h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .
Låt oss uttrycka den kraft som krävs härifrån:
F = m (h t 2 + g 2)
och beräkna dess värde:
F = 0,40 (4,0 (2,0) 2 + 10 2) = 2,4 N.
Exempel 23. Systemet består av två viktlösa block: ett rörligt och ett stationärt. En viss last är upphängd från axeln av ett fast block som visas i figuren. Under verkan av en konstant kraft som appliceras på den fria änden av repet börjar lasten röra sig med konstant acceleration och rör sig uppåt ett avstånd på 3,0 m på 2,0 s. Under lastens rörelse utvecklar den applicerade kraften en medeleffekt på 12 W. Hitta lastens massa.
Lösning. De krafter som verkar på de rörliga och stationära blocken visas i figuren.
Två krafter T → verkar på ett stationärt block från sidan av repet (på båda sidor av blocket); Under påverkan av dessa krafter sker ingen framåtriktad rörelse av blocket. Var och en av de angivna krafterna är lika med kraften F → applicerad på änden av repet:
Tre krafter verkar på det rörliga blocket: två repspänningskrafter T → ′ (på båda sidor av blocket) och vikten av lasten P → = m g → ; under påverkan av dessa krafter rör sig blocket (tillsammans med lasten upphängd från det) uppåt med acceleration.
Låt oss skriva Newtons andra lag för det rörliga blocket i formen:
2 T → ′ + P → = m a → ,
eller i projektion på en koordinataxel riktad vertikalt uppåt,
2 T − m g = m a ,
där T ′ är modulen för linspänningskraften; m är lastens massa (massan av det rörliga blocket med lasten); g - accelerationsmodul för fritt fall; a är blockets accelerationsmodul (lasten har samma acceleration, så vidare kommer vi att prata om lastens acceleration).
Modulen för repspänningskraften T ′ är lika med kraftmodulen T:
därför bestäms lastens accelerationsmodul av uttrycket
a = 2 F − m g m .
Å andra sidan bestäms lastens acceleration av formeln för tillryggalagd sträcka:
där t är tidpunkten för lastens rörelse.
Jämställdhet
2 F − m g m = 2 S t 2
tillåter oss att erhålla ett uttryck för modulen för den applicerade kraften:
F = m (St2 + g2).
Lasten rör sig jämnt accelererat, så modulen för dess hastighet bestäms av uttrycket
v = vid
och medelhastigheten är
〈 v 〉 = S t = a t 2 .
Mängden medeleffekt som utvecklas av den applicerade kraften bestäms av formeln
〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ,
eller med hänsyn till uttrycken för kraftmodulen och medelhastighet:
〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .
Härifrån uttrycker vi den nödvändiga massan:
m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2).
Låt oss ersätta uttrycket för acceleration (a = 2S /t 2) i den resulterande formeln:
m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)
och låt oss göra beräkningen:
m = 2 ⋅ (2,0) 3 ⋅ 12 3,0 (2 ⋅ 3,0 + 10 ⋅ (2,0) 2) ≈ 1,4 kg.
Oftast används enkla mekanismer för att få makt. Det vill säga att använda mindre kraft för att flytta en större vikt i jämförelse med den. Samtidigt uppnås inte styrka "gratis". Priset att betala för det är en förlust i avstånd, det vill säga du måste göra en större rörelse än utan att använda en enkel mekanism. Men när krafterna är begränsade är "utbytet" av avstånd mot styrka fördelaktigt.
Rörliga och fasta block är två typer av enkla mekanismer. Dessutom är de en modifierad spak, vilket också är en enkel mekanism.
Fast block ger ingen styrka, det ändrar helt enkelt riktningen för dess tillämpning. Föreställ dig att du behöver lyfta en tung last uppåt med hjälp av ett rep. Du måste dra upp den. Men om du använder ett stationärt block, måste du dra ner medan lasten stiger upp. I det här fallet blir det lättare för dig, eftersom den nödvändiga styrkan kommer att bestå av muskelstyrka och din vikt. Utan användning av ett stationärt block skulle samma kraft behöva appliceras, men det skulle uppnås enbart genom muskelstyrka.
Det fasta blocket är ett hjul med ett spår för ett rep. Hjulet är fixerat, det kan rotera runt sin axel, men kan inte röra sig. Ändarna av repet (kabeln) hänger ner, en last är fäst vid den ena och en kraft appliceras på den andra. Om du drar ner kabeln stiger lasten upp.
Eftersom det inte finns någon vinst i styrka, finns det ingen förlust i avstånd. Sträckan lasten stiger måste repet sänkas samma sträcka.
Användande flyttblock ger ökningen i styrka två gånger (helst). Detta betyder att om lastens vikt är F, måste en kraft på F/2 appliceras för att lyfta den. Flyttblocket består av samma hjul med ett spår för kabeln. Däremot är ena änden av kabeln fixerad här, och hjulet är rörligt. Hjulet rör sig med lasten.
Lastens vikt är en nedåtriktad kraft. Den balanseras av två uppåtriktade krafter. Den ena skapas av ett stöd till vilket en kabel är fäst, och den andra av en kabeldragning. Kabelns dragkraft är densamma på båda sidor, vilket gör att lastens vikt är jämnt fördelad mellan dem. Därför är varje kraft 2 gånger mindre än lastens vikt.
I verkliga situationer är ökningen i styrka mindre än 2 gånger, eftersom lyftkraften delvis "slösas bort" på vikten av repet och blocket, såväl som friktionen.
Ett rörligt block ger, samtidigt som det ger nästan dubbel styrka, en dubbel förlust i avstånd. För att höja lasten till en viss höjd h måste repen på varje sida av blocket minska med denna höjd, det vill säga totalen är 2h.
Vanligtvis används kombinationer av fasta och rörliga block - remskivor. De låter dig få styrka och riktning. Ju fler rörliga block det finns i kättingtelfern, desto större blir styrkan.
Bibliografisk beskrivning: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. En modern syn på den enkla "block"-mekanismen, studerad i fysikläroböcker för årskurs 7 // Ung vetenskapsman. 2016. Nr 2. S. 106-113..07.2019).
Läroböcker i fysik för årskurs 7, när man studerar en enkel blockmekanism, tolkar vinnande på olika sätt kraft när man lyfter en last från använder denna mekanism, till exempel: in Peryshkins lärobok A. B. vinster in styrka uppnås med med hjälp av blockets hjul, på vilket spakens krafter verkar, och i Gendensteins lärobok L. E. samma vinster erhålls med med hjälp av en kabel, som är utsatt för kabelns dragkraft. Olika läroböcker, olika föremål Och olika krafter - att ta emot vinster i kraft när du lyfter en last. Därför är syftet med denna artikel att söka efter objekt och styrka, med genom vilken vinsterna erhålls kraft, när du lyfter en last med en enkel blockmekanism.
Låt oss först ta en titt och jämföra hur styrka uppnås när man lyfter en last med en enkel blockmekanism, i fysikläroböcker för årskurs 7. För detta ändamål kommer vi att placera utdrag ur lärobokstexter med samma begrepp i en tabell för klarhet.
|
Peryshkin A.V. 7:e klass. § 61. Tillämpning av spakjämviktsregeln på blocket, s. 180–183. |
Gendenshtein L. E. Fysik. 7:e klass. § 24. Enkla mekanismer, s. 188–196. |
|
"Blockera Det är ett hjul med spår, monterat i en hållare. Ett rep, kabel eller kedja förs genom blockrännan. "Fast block de kallar ett sådant block vars axel är fixerad och inte stiger eller faller när man lyfter laster (bild 177). Ett fast block kan betraktas som en likaarmad hävarm, där kraftarmarna är lika med hjulets radie (fig. 178): OA=OB=r. Ett sådant block ger ingen styrka (F1 = F2), men låter dig ändra kraftens riktning." |
"Ger ett stationärt block dig en styrka? ...i Fig. 24.1a spänns kabeln av en kraft som anbringas av fiskaren på den fria änden av kabeln. Kabelns dragkraft förblir konstant längs kabeln, så från sidan av kabeln till lasten (fisk ) en kraft av samma storlek verkar. Därför ger ett stationärt block ingen styrka. 6.Hur kan du få styrka med ett fast block? Om en person lyfter själv, som visas i Fig. 24.6 fördelas personens vikt lika i två delar av kabeln (på motsatta sidor av blocket). Därför lyfter en person sig själv genom att applicera en kraft som är hälften av hans vikt." |
|
”Ett rörligt block är ett block vars axel stiger och faller tillsammans med lasten (bild 179).
Figur 180 visar spaken som motsvarar den: O är spakens stödpunkt, AO - kraftarm P och OB - kraftarm F. Eftersom OB-armen är 2 gånger större än OA-armen, då är kraften F 2 gånger mindre än kraften P: F=P/2. Således, det rörliga blocket ger en vinst påkraft 2 gånger". |
"5. Varför ger ett flyttblock en vinsti kraftdubbelt? När lasten lyfts jämnt, rör sig även det rörliga blocket jämnt. Detta betyder att resultanten av alla krafter som appliceras på den är noll. Om blockets massa och friktionen i det kan försummas, kan vi anta att tre krafter appliceras på blocket: vikten av lasten P, riktad nedåt, och två identiska dragkrafter hos kabeln F, riktade uppåt. . Eftersom resultanten av dessa krafter är noll, så är P = 2F, det vill säga lastens vikt är 2 gånger kabelns dragkraft. Men kabelns dragkraft är just den kraft som appliceras när man lyfter lasten med hjälp av ett rörligt block. Det har vi bevisat att det rörliga blocket ger en vinst in kraft 2 gånger". |
|
”I praktiken brukar de använda en kombination av ett fast block och ett rörligt (bild 181). Det fasta blocket används endast för bekvämlighet. Det ger ingen styrka, men det ändrar kraftens riktning, till exempel låter det dig lyfta en last medan du står på marken.
Fig. 181. En kombination av rörliga och fasta block - en kättingtelfer." |
“12.Figur 24.7 visar systemet block. Hur många flyttbara block har den och hur många fasta? Vilken styrka ger ett sådant system av block om friktion och kan massan på blocken försummas? .
Fig.24.7. Svar på sidan 240: "12. Tre flyttblock och ett fast; 8 gånger." |
Låt oss sammanfatta granskningen och jämförelsen av texter och bilder i läroböcker:
Beviset för att få en styrka i läroboken av A. V. Peryshkin utförs på blockets hjul och den verkande kraften är spakens kraft; När man lyfter en last ger ett stationärt block ingen styrka, men ett rörligt block ger en 2-faldig kraftförstärkning. Det nämns inget om en kabel på vilken en last hänger på ett fast block och ett rörligt block med en last.
Å andra sidan, i läroboken av Gendenstein L.E. utförs beviset på kraftförstärkningen på en kabel på vilken en last eller ett rörligt block med last hänger och den verkande kraften är kabelns dragkraft. vid lyft av en last kan ett stationärt block ge en 2-faldig ökning av styrkan, men det nämns inte i texten om spaken på blockhjulet.
En sökning efter litteratur som beskriver vinsten i kraft med hjälp av ett block och en kabel ledde till "Elementary Textbook of Physics", redigerad av akademikern G. S. Landsberg, i §84. Enkla maskiner på s. 168–175 ges beskrivningar av: "enkelt block, dubbelblock, grind, remskiva och differentialblock." Genom sin konstruktion ger "ett dubbelblock en styrka vid lyft av en last, på grund av skillnaden i längden på blockens radier" med hjälp av vilken lasten lyfts, och "ett remskivablock ger en styrka vid lyft av en last, på grund av repet, på flera delar av vilka en last hänger.” Det var alltså möjligt att ta reda på varför ett block och en kabel (rep) ger en styrka vid lyft av en last, men det gick inte att ta reda på hur blocket och kabeln samverkar med varandra och överför vikten av last till varandra, eftersom lasten kan hängas på en kabel och kabeln kastas över blocket eller så kan lasten hänga på blocket och blocket hänger på kabeln. Det visade sig att kabelns dragkraft är konstant och verkar längs hela kabelns längd, så överföringen av vikten av lasten från kabeln till blocket kommer att ske vid varje kontaktpunkt mellan kabeln och blocket , såväl som överföringen av vikten av lasten upphängd på blocket till kabeln. För att klargöra interaktionen mellan blocket och kabeln kommer vi att genomföra experiment för att få en kraftförstärkning med ett rörligt block när du lyfter en last, med hjälp av utrustningen i ett skolfysikklassrum: dynamometrar, laboratorieblock och en uppsättning vikter i 1N (102 g). Låt oss börja experimenten med ett rörligt block, eftersom vi har tre olika versioner för att få en styrka med detta block. Den första versionen är "Fig.180. Ett rörligt block som en spak med ojämlika armar" - lärobok av A. V. Peryshkin, den andra "Fig 24.5... två lika stora spänningskrafter av kabeln F" - enligt läroboken av L. E. Gendenstein och slutligen den tredje "Fig . Drablock". Att lyfta en last med en rörlig klämma av en remskiva på flera delar av ett rep - enligt läroboken av G. S. Landsberg.
Erfarenhet nr 1. "Fig. 183"
För att utföra experiment nr 1, erhålla en ökning i styrka på det rörliga blocket "med en spak med ojämna axlar OAB Fig. 180" enligt läroboken av A. V. Peryshkin, på det rörliga blocket "Fig 183" position 1 en spak med ojämna axlar OAB, som i "Fig 180", och börja lyfta lasten från position 1 till position 2. I samma ögonblick börjar blocket att rotera, moturs, runt sin axel vid punkt A och punkt B. , änden av spaken bakom vilken lyftet sker, kommer ut utanför halvcirkeln längs vilken kabeln går runt det rörliga blocket underifrån. Punkt O - spakens stödpunkt, som ska vara stationär, går ner, se "Fig 183" - position 2, dvs en spak med ojämna axlar OAB ändras som en spak med lika axlar (punkterna O och B passerar genom samma. stigar).
Baserat på data som erhållits i experiment nr 1 om förändringar i positionen för OAB-spaken på det rörliga blocket när en last lyfts från position 1 till position 2, kan vi dra slutsatsen att representationen av det rörliga blocket som en spak med ojämna armar i "Fig. 180", när man lyfter last, med rotationen av blocket runt dess axel, motsvarar en spak med lika armar, vilket inte ger en styrka vid lyft av lasten.
Vi kommer att börja experiment nr 2 med att fästa dynamometrar i ändarna av kabeln, på vilka vi kommer att hänga ett rörligt block med en last som väger 102 g, vilket motsvarar en gravitationskraft på 1 N. Vi kommer att fixera en av ändarna på kabeln på en upphängning, och med hjälp av den andra änden av vajern lyfter vi belastningen på det rörliga blocket. Före stigningen var avläsningarna för båda dynamometrarna 0,5 N vardera i början av stigningen, avläsningarna för dynamometern för vilken stigningen inträffade ändrades till 0,6 N, och förblev så under stigningen; avläsningarna återgick till 0,5 N. Avläsningarna av dynamometern, fixerad för en fixerad suspension ändrades inte under höjningen och förblev lika med 0,5 N. Låt oss analysera resultaten av experimentet:
- Före lyft, när en last på 1 N (102 g) hänger på ett rörligt block, fördelas lastens vikt över hela hjulet och överförs till kabeln, som går runt blocket underifrån, med hjälp av hela halvcirkeln av hjul.
- Före lyft är avläsningarna för båda dynamometrarna 0,5 N, vilket indikerar fördelningen av vikten av en last på 1 N (102 g) i två delar av kabeln (före och efter blocket) eller att kabelns dragkraft är 0,5 N och är densamma längs hela kabelns längd (samma i början, samma i slutet av kabeln) - båda dessa påståenden är sanna.
Låt oss jämföra analysen av experiment nr 2 med läroboksversionerna om att få en 2-faldig ökning i styrka med hjälp av ett rörligt block. Låt oss börja med påståendet i läroboken av Gendenstein L.E "... att tre krafter appliceras på blocket: vikten av lasten P, riktad nedåt, och två identiska dragkrafter för kabeln, riktade uppåt (fig. 24.5). .” Det skulle vara mer korrekt att säga att lastens vikt i "Fig. 14,5" fördelades i två delar av kabeln, före och efter blocket, eftersom kabelns dragkraft är en. Det återstår att analysera signaturen under "Fig 181" från läroboken av A. V. Peryshkin "Kombination av rörliga och fasta block - remskiva." En beskrivning av anordningen och styrkan när man lyfter en last med en remskiva ges i Elementary Textbook of Physics, red. Lansberg G.S. där det sägs: "Varje repstycke mellan blocken kommer att verka på en rörlig last med en kraft T, och alla repstycken kommer att verka med en kraft nT, där n är antalet separata repsektioner som förbinder båda delar av blocket.” Det visar sig att om vi tillämpar förstärkningen på "fig 181" med ett "rep som förbinder båda delarna" av remskivan från Elementary Textbook of Physics av G. S. Landsberg, då beskrivningen av kraften med ett rörligt block. i "Fig. 179" och följaktligen Fig. 180" skulle vara ett fel.
Efter att ha analyserat fyra fysikläroböcker kan vi dra slutsatsen att den befintliga beskrivningen av hur en enkel blockmekanism ger vinster i kraft inte motsvarar det verkliga tillståndet och därför kräver en ny beskrivning av funktionen hos en enkel blockmekanism.
Enkel lyftmekanism består av ett block och en kabel (rep eller kedja).
Blocken i denna lyftmekanism är indelade i:
genom design till enkla och komplexa;
enligt metoden för att lyfta laster till rörliga och stationära.
Låt oss börja bekanta oss med designen av block med enkelt block, som är ett hjul som roterar runt sin axel, med ett spår runt omkretsen för en kabel (rep, kedja) Fig. 1 och det kan betraktas som en likaarmad hävarm där kraftarmarna är lika med radien av hjulet: OA=OB=r. Ett sådant block ger ingen styrka, men låter dig ändra kabelns rörelseriktning (rep, kedja).
Dubbelblock består av två block med olika radier, stelt ihop och monterade på gemensam axel Fig.2. Radierna för blocken r1 och r2 är olika och när man lyfter en last fungerar de som en hävstång med ojämna axlar, och kraftförstärkningen kommer att vara lika med förhållandet mellan längderna av radierna för blocket med större diameter och blocket med mindre diameter F = Р·r1/r2.
Gate består av en cylinder (trumma) och ett handtag fäst vid den, som fungerar som ett block stor diameter, Kraftförstärkningen som ges av kragen bestäms av förhållandet mellan radien för cirkeln R som beskrivs av handtaget och radien för cylindern r på vilken repet är lindat F = Р·r/R.
Låt oss gå vidare till metoden att lyfta en last med block. Från designbeskrivningen har alla block en axel runt vilken de roterar. Om blockets axel är fixerad och inte stiger eller faller när man lyfter laster, kallas ett sådant block fast block enkelblock, dubbelblock, grind.
U flyttblock axeln stiger och faller tillsammans med lasten (fig. 10) och den är huvudsakligen avsedd att eliminera böjningen av kabeln på den plats där lasten är upphängd.
Låt oss bekanta oss med enheten och metoden för att lyfta en last; den andra delen av en enkel lyftmekanism är en kabel, ett rep eller en kedja. Kabeln är gjord av ståltrådar, repet är gjord av trådar eller trådar, och kedjan består av länkar som är kopplade till varandra.
Metoder för att hänga en last och få styrka när du lyfter en last med en kabel:
I fig. 4, lasten är fixerad i ena änden av kabeln, och om du lyfter lasten i den andra änden av kabeln, behöver du för att lyfta denna last en kraft som är något större än lastens vikt, eftersom ett enkelt block av vinst i styrka ger inte F = P.
I fig. 5 lyfter arbetaren lasten med en kabel som går runt ett enkelt block uppifrån i ena änden av den första delen av kabeln finns ett säte på vilket arbetaren sitter, och vid den andra delen av kabeln; arbetaren lyfter sig själv med en kraft som är 2 gånger mindre än hans vikt, eftersom arbetarens vikt fördelades i två delar av kabeln, den första - från sätet till blocket och den andra - från blocket till arbetarens händer F = P/2.
I Fig. 6 lyfts lasten av två arbetare som använder två kablar och lastens vikt kommer att fördelas lika mellan kablarna och därför kommer varje arbetare att lyfta lasten med en kraft av halva lastens vikt F = P/ 2.
I fig. 7 lyfter arbetare en last som hänger på två delar av en kabel och vikten av lasten kommer att fördelas lika mellan delarna av denna kabel (som mellan två kablar) och varje arbetare kommer att lyfta lasten med en kraft lika med halva lastens vikt F = P/2.
I fig. 8 fästes änden av kabeln, med vilken en av arbetarna lyfte lasten, på en stationär upphängning, och lastens vikt fördelades i två delar av kabeln, och när arbetaren lyfte belastning i den andra änden av kabeln, kraften med vilken arbetaren skulle lyfta lasten fördubblades mindre än lastens vikt F = P/2 och lyftningen av lasten kommer att vara 2 gånger långsammare.
I fig. 9 hänger lasten på 3 delar av en kabel, vars ena ände är fixerad och förstärkningen vid lyftning av lasten kommer att vara lika med 3, eftersom vikten av lasten kommer att fördelas över tre delar av lasten. kabel F = P/3.
För att eliminera böjningen och minska friktionskraften installeras ett enkelt block på den plats där lasten är upphängd och kraften som krävs för att lyfta lasten har inte förändrats, eftersom ett enkelt block inte ger en styrka, Fig. 10 och Fig. 11, och själva blocket kommer att kallas flyttblock, eftersom axeln för detta block stiger och faller tillsammans med lasten.
Teoretiskt kan en last hängas upp på ett obegränsat antal delar av en kabel, men i praktiken är de begränsade till sex delar och en sådan lyftmekanism kallas kättingtelfer, som består av fasta och rörliga clips med enkla block, som växelvis lindas runt en kabel, vars ena ände är fäst vid en fast klämma, och lasten lyfts med hjälp av den andra änden av kabeln. Förstärkningen i styrka beror på antalet delar av kabeln mellan de fasta och rörliga burarna, som regel är det 6 delar av kabeln och styrkan är 6 gånger.
Artikeln undersöker den faktiska interaktionen mellan blocken och kabeln vid lyft av en last. Den befintliga praxisen för att fastställa att "ett fast block inte ger en kraftförstärkning och ett rörligt block ger en kraftförstärkning med 2 gånger" tolkade felaktigt samverkan mellan kabeln och blocket i lyftmekanismen och återspeglade inte hela mängden blockdesigner, vilket ledde till utvecklingen av ensidiga felaktiga idéer om block. Jämfört med de befintliga volymerna material för att studera en enkel blockmekanism har artikelns volym ökat med 2 gånger, men detta gjorde det möjligt att tydligt och begripligt förklara processerna som sker i en enkel lyftmekanism, inte bara för studenter utan också till lärare.
Litteratur:
- Pyryshkin, A.V. Fysik, 7:e klass: lärobok / A.V. Pyryshkin, ytterligare - M.: Bustard, 224 s.,: ill. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Tillämpning av spakjämviktsregeln på blocket, s. 181–183.
- Gendenstein, L. E. Physics. 7:e klass. Om 2 timmar Del 1. Lärobok för utbildningsinstitutioner / L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; redigerad av V. A. Orlova, I. I. Roizen - 2:a uppl., reviderad. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 s.: ill. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Enkla mekanismer, s. 188–196.
- Elementär lärobok i fysik, redigerad av akademiker G. S. Landsberg Volym 1. Mekanik. Värme. Molekylär fysik - 10:e upplagan - M.: Nauka, 1985. § 84. Enkla maskiner, s. 168–175.
- Gromov, S. V. Fysik: Lärobok. för 7:e klass allmän utbildning institutioner / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3:e upplagan. - M.: Utbildning, 2001.-158 s.,: ill. ISBN-5–09–010349–6. §22. Block, s.55 -57.
Nyckelord: block, dubbelblock, fast block, flyttbart block, remskiva block..
Anteckning: Läroböcker i fysik för 7:e klass, när man studerar en enkel blockmekanism, tolkar på olika sätt kraftförstärkningen när man lyfter en last med denna mekanism, till exempel: i läroboken av A. V. Peryshkin uppnås kraftförstärkningen med hjälp av hjulet på blocket, på vilket spakens krafter verkar, och i läroboken av Gendenstein L.E. erhålls samma förstärkning med hjälp av en kabel, som påverkas av kabelns dragkraft. Olika läroböcker, olika föremål och olika krafter - för att få en styrka vid lyft av en last. Därför är syftet med denna artikel att söka efter föremål och krafter med hjälp av vilka en styrka uppnås när man lyfter en last med en enkel blockmekanism.