Ett block är en typ av spak, det är ett hjul med ett spår (fig. 1) som kan föras genom spåret.
Fig.1. Allmän vy blockera
Block är uppdelade i rörliga och fasta.
Axeln på ett stationärt block är fixerat när en last lyfts eller sänks, den stiger eller faller inte. Vikten av lasten som vi lyfter kommer att betecknas med P, den applicerade kraften kommer att betecknas med F, och stödpunkten kommer att betecknas med O (Fig. 2).
Fig.2. Inte flyttblock
Kraftarmen P kommer att vara segmentet OA (kraftarm l 1), kraftarm F segment OB (kraftarm l 2) (Fig. 3). Dessa segment är hjulets radier, då är armarna lika med radien. Om axlarna är lika, då är vikten av lasten och kraften vi använder för att lyfta numeriskt lika.
Fig.3. Fast block
Ett sådant block ger ingen styrka. Av detta kan vi dra slutsatsen fast block Det är lämpligt att använda den för att underlätta lyftet, det är lättare att lyfta upp lasten med en kraft som är riktad nedåt.
En anordning där axeln kan höjas och sänkas med en last. Handlingen liknar en spak (fig. 4).
Ris. 4. Flyttbart block
För att manövrera detta block fixeras ena änden av repet, en kraft F appliceras på den andra änden för att lyfta en last med vikt P, lasten fästs vid punkt A. Stödpunkten under rotation kommer att vara punkt O, eftersom varje rörelsemoment blocket roterar och punkt O fungerar som stödpunkt (fig. 5).
Ris. 5. Flyttbart block
Värdet på kraftarmen F är två radier.
Värdet på kraftarmen P är en radie.
Krafternas armar skiljer sig med en faktor två, enligt regeln om hävstångsjämvikt, skiljer sig krafterna med en faktor två. Kraften som krävs för att lyfta en last med vikt P kommer att vara hälften av lasten. Det rörliga blocket ger styrka fördelen dubbelt.
I praktiken används kombinationer av block för att ändra verkansriktningen för den applicerade kraften för lyft och minska den med hälften (fig. 6).
Ris. 6. Kombination av rörliga och fasta block
Under lektionen bekantade vi oss med uppbyggnaden av ett fast och rörligt block, och lärde oss att block är typer av spakar. För att lösa problem i detta ämne måste du komma ihåg regeln om hävstångsjämvikt: förhållandet mellan krafter är omvänt proportionellt mot förhållandet mellan dessa krafters armar.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Samling av problem i fysik för årskurs 7-9 av allmänna utbildningsinstitutioner. - 17:e upplagan. - M.: Utbildning, 2004.
- Peryshkin A.V. Fysik. 7:e klass - 14:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2010.
- Peryshkin A.V. Samling av problem i fysik, årskurs 7-9: 5:e uppl., stereotyp. - M: Publishing House "Exam", 2010.
- Class-fizika.narod.ru ().
- School.xvatit.com ().
- scienceland.info().
Läxa
- Ta reda på själv vad en kättingtelfer är och vilken kraftvinst den ger.
- Var används fasta och flyttbara block i vardagen?
- Vad är lättare att klättra upp: att klättra på ett rep eller att klättra med ett stationärt block?
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 det fördelaktigt att byta avstånd för styrka.
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 innebär 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.
Kombinationer av fasta och rörliga block - remskivor - används vanligtvis. De låter dig få styrka och riktning. Ju fler rörliga block det finns i kättingtelfern, desto större blir styrkan.
För närvarande kommer vi att anta att massan av blocket och kabeln, såväl som friktionen i blocket, kan försummas. I det här fallet kan vi betrakta kabelns dragkraft som densamma i alla dess delar. Dessutom kommer vi att anta att kabeln är outtöjbar och dess massa är försumbar.
Fast block
Ett stationärt block används för att ändra riktningen på en kraft. I fig. 24.1, och visar hur man använder ett stationärt block för att ändra kraftriktningen till motsatt. Men med dess hjälp kan du ändra kraftens riktning på vilket sätt du vill.
Rita ett diagram över användningen av ett stationärt block som kan användas för att rotera riktningen för en kraft med 90°.
Ger ett stationärt block en styrka? Låt oss titta på detta med exemplet som visas i fig. 24.1, a. Kabeln spänns av kraften som anbringas av fiskaren på den fria änden av kabeln. Kabelns dragkraft förblir konstant längs kabeln, därför verkar en kraft av samma storlek på lasten (fisken) från sidan av kabeln. Därför ger ett stationärt block ingen styrka.
Vid användning av ett stationärt block stiger belastningen lika mycket som den ände av kabeln som fiskaren utsätter kraft för sänks. Det betyder att vi varken vinner eller förlorar på vägen genom att använda ett stationärt block.
Flyttbart block
Låt oss lägga erfarenhet
När vi lyfter en last med hjälp av ett lätt rörligt block kommer vi att märka att om friktionen är låg måste vi för att lyfta lasten applicera en kraft som är ungefär 2 gånger mindre än lastens vikt (Fig. 24.3). Således ger det rörliga blocket en 2-faldig ökning i styrka.
Ris. 24.3. När vi använder ett flyttblock vinner vi 2 gånger i styrka, men tappar lika många gånger på vägen
Men för en dubbel styrka måste du betala med samma förlust längs vägen: för att lyfta lasten, till exempel med 1 m, måste du höja änden av kabeln som kastas över blocket med 2 m.
Det faktum att ett flyttblock ger dubbel styrka kan bevisas utan att behöva tillgripa erfarenhet (se avsnittet nedan "Varför ger ett flyttblock dubbel styrka?").
Block klassificeras som enkla mekanismer. Förutom block inkluderar gruppen av dessa enheter som tjänar till att omvandla kraft en spak och ett lutande plan.
DEFINITION
Blockera- en stel kropp som kan rotera runt en fast axel.
Block är gjorda i form av skivor (hjul, låga cylindrar, etc.) med ett spår genom vilket ett rep (bål, rep, kedja) förs.
Ett block med en fast axel kallas stationärt (fig. 1). Den rör sig inte när man lyfter en last. Ett fast block kan ses som en spak som har lika stora armar.
Villkoret för ett blocks jämvikt är villkoret för jämvikten för de kraftmoment som appliceras på det:
Blocket i fig. 1 kommer att vara i jämvikt om trådarnas dragkrafter är lika:
eftersom axlarna för dessa krafter är desamma (OA=OB). Ett stationärt block ger ingen kraftförstärkning, men det låter dig ändra kraftens riktning. Att dra i ett rep som kommer uppifrån är ofta bekvämare än i ett rep som kommer underifrån.
Om massan av en last som är bunden till ena änden av ett rep som kastas över ett fast block är lika med m, bör en kraft F appliceras på den andra änden av repet för att lyfta den:
förutsatt att vi inte tar hänsyn till friktionskraften i blocket. Om det är nödvändigt att ta hänsyn till friktion i blocket, ange sedan motståndskoefficienten (k), då:
Ett slätt, fast stöd kan tjäna som ersättning för blocket. Över ett sådant stöd kastas ett rep (rep) som glider längs stödet, men samtidigt ökar friktionskraften.
Ett stationärt block ger ingen nytta i arbetet. De vägar som genomkorsas av krafternas appliceringspunkter är desamma, lika med kraften, därför lika med arbetet.
För att få styrka genom att använda fasta block används en kombination av block, till exempel ett dubbelblock. När block måste ha olika diametrar. De är orörligt anslutna till varandra och monterade på en enda axel. Ett rep är fäst vid varje block så att det kan lindas runt eller av blocket utan att glida. Krafternas axlar i det här fallet kommer att vara ojämlika. Den dubbla remskivan fungerar som en spak med armar av olika längd. Figur 2 visar ett diagram över ett dubbelblock.
Jämviktsvillkoret för spaken i fig. 2 kommer att vara formeln:
Dubbelblock kan omvandla kraft. Genom att applicera en mindre kraft på ett rep som är lindat runt ett block med stor radie erhålls en kraft som verkar från sidan av ett rep som är lindat runt ett block med en mindre radie.
Ett rörligt block är ett block vars axel rör sig tillsammans med lasten. I fig. 2 kan det rörliga blocket betraktas som en spak med armar av olika storlekar. I detta fall är punkt O spakens stödpunkt. OA - kraftens arm; OB - maktens arm. Låt oss titta på fig. 3. Kraftarmen är dubbelt så stor som kraftarmen, därför är det för jämvikt nödvändigt att storleken på kraften F är halva storleken på kraften P:
Vi kan dra slutsatsen att vi med hjälp av ett flyttblock får dubbel styrka. Vi skriver jämviktstillståndet för det rörliga blocket utan att ta hänsyn till friktionskraften som:
Om vi försöker ta hänsyn till friktionskraften i blocket, anger vi blockresistanskoefficienten (k) och får:
Ibland används en kombination av ett rörligt och ett fast block. I denna kombination används ett fast block för bekvämlighet. Det ger ingen styrka, men låter dig ändra kraftens riktning. Ett rörligt block används för att ändra mängden kraft som appliceras. Om ändarna på repet som omger blocket bildar lika vinklar med horisonten, är förhållandet mellan kraften som verkar på lasten och kroppens vikt lika med förhållandet mellan blockets radie och bågens korda som repet omsluter. Om repen är parallella kommer kraften som krävs för att lyfta lasten att krävas två gånger mindre än vikten av den last som lyfts.
Mekanikens gyllene regel
Enkla mekanismer det finns ingen vinst i arbetet. Så mycket som vi ökar i styrka, förlorar vi i avstånd med samma mängd. Eftersom arbetet är lika med den skalära produkten av kraften och förskjutningen, kommer det därför inte att förändras vid användning av rörliga (såväl som stationära) block.
I form av en formel kan den "gyllene regeln" skrivas enligt följande:
var är vägen genomkorsad av punkten för applicering av kraft - banan kan passera punktvis tillämpning av våld.
Gyllene regelär den enklaste formuleringen av lagen om energibevarande. Denna regel gäller fall av enhetlig eller nästan enhetlig rörelse mekanismer. De translationella avstånden för ändarna på repen är relaterade till radierna för blocken ( och ) som:
Vi får att för att uppfylla den "gyllene regeln" för ett dubbelblock är det nödvändigt att:
Om krafterna är balanserade är blocket i vila eller rör sig jämnt.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Utöva | Med hjälp av ett system med två rörliga och två fasta block lyfter arbetarna konstruktionsbalkarna samtidigt som de applicerar en kraft lika med 200 N. Vad är balkarnas massa (m)? Ignorera friktion i block. |
| Lösning | Låt oss göra en ritning. Vikten av lasten som appliceras på lastsystemet kommer att vara lika med tyngdkraften som appliceras på den lyfta kroppen (balken):
Fasta block ger inga vinster i styrka. Varje rörligt block ger en styrka på två gånger, därför kommer vi under våra förhållanden att få en kraftförstärkning på fyra gånger. Det betyder att vi kan skriva:
Vi finner att strålens massa är lika med: Låt oss beräkna massan på strålen, acceptera:
|
| Svar | m=80 kg |
EXEMPEL 2
| Utöva | Låt höjden till vilken arbetarna lyfter balkarna i det första exemplet vara lika med m. Vilket arbete utförs av arbetarna? Vad gör lasten för att flytta till en given höjd? |
| Lösning | I enlighet med mekanikens "gyllene regel", om vi med hjälp av det befintliga blocksystemet fick en styrka på fyra gånger, kommer förlusten i rörelse också att vara fyra. I vårt exempel betyder detta att längden på repet (l) som arbetarna ska välja kommer att vara fyra gånger större än den sträcka som lasten kommer att färdas, det vill säga: |