Ett block består av ett eller flera hjul (rullar), inneslutna av en kedja, bälte eller kabel. Precis som en spak reducerar enheten kraften som krävs för att lyfta lasten, men dessutom kan den ändra riktningen på den pålagda kraften.
Du måste betala avståndet för förstärkningen i styrka: desto mindre ansträngning krävs för att lyfta lasten, desto större är den väg som den ansträngningspunkten för denna insats måste gå. Blocksystemet ökar styrkan i styrka genom användning av mer lastbärande kedjor. Sådana energibesparande enheter har ett mycket brett användningsområde - från att flytta till höjden på massiva stålbalkar på byggarbetsplatser till att höja flaggor.
Som med andra enkla mekanismer är uppfinnarna av blocket okända. Även om det är möjligt att kvarter fanns tidigare, är det första omnämnandet av dem i litteraturen tillbaka till det femte århundradet f.Kr.
Rörliga blocksystem monterade på en hängande skena (figur ovan) mycket distribuerat på monteringslinjer, eftersom det i hög grad underlättar förflyttningen av tunga delar. Den applicerade kraften (F) är lika med kvoten för att dela vikten på lasten (W) med det använda antalet kedjor som stöder den (n).
Enstaka fasta block
Denna enklaste typ av block minskar inte kraften som krävs för att lyfta lasten, men den ändrar riktningen för den applicerade kraften, som visas i figurerna ovan och uppe till höger. Fast block på toppen av flaggstången är det lättare att lyfta flaggan, så att du kan dra i sladden som flaggan är bunden till.
Enstaka rörliga block
En enda enhet, med förmågan att röra sig, minskar med halva kraften som krävs för att lyfta lasten. Men halvering av den applicerade kraften innebär att punkten för dess tillämpning måste gå dubbelt så lång. I detta fall är kraften lika med halva vikten (F \u003d 1 / 2W).
Blockera system
När man använder en kombination av en fast enhet med en rörlig enhet är den applicerade kraften en multipel av det totala antalet lastbärande kedjor. I detta fall är kraften lika med halva vikten (F \u003d 1 / 2W).
belastning, upphängd vertikalt genom enheten, tillåter snäv dragning av horisontella elektriska ledningar.
Översta hiss (Figuren ovan) består av en kedja som är sammanflätad kring en rörlig och två fasta block. Att lyfta en last kräver en kraft på bara hälften av vikten.
burtonsom vanligtvis används i stora kranar (figur till höger) består av en uppsättning rörliga block till vilka lasten är upphängd, och en uppsättning fasta block fästa vid kranens bom. Genom att få en styrka från så många block kan kranen lyfta mycket tunga belastningar, till exempel stålbalkar. I detta fall är kraften (F) lika med kvoten för att dela belastningen (W) med antalet stödkablar (n).
Den rörliga enheten skiljer sig från den stationära genom att dess axel inte är fixerad och den kan stiga och falla med lasten.
Bild 1. Mobilenhet
Liksom det fasta blocket består det rörliga blocket av samma hjul med en kabelruta. Men en ände av kabeln är fixerad här och hjulet är rörligt. Hjulet rör sig med lasten.
Som Archimedes noterade är mobilenheten i huvudsak en spak och fungerar enligt samma princip, vilket ger en förstärkning i styrka på grund av skillnaden i axlarna.
Bild 2. Krafter och axlar av krafter i ett rörligt block
Mobilenheten rör sig med lasten, det är som om det ligger på ett rep. I det här fallet kommer stödet vid varje tidpunkt att vara på den plats där blocket är i kontakt med repet på ena sidan, lasten kommer att appliceras på blockets centrum, där det är fixerat på axeln, och dragkraften kommer att appliceras på kontaktplatsen med repet på den andra sidan av blocket . Det vill säga, blockets radie är axeln på kroppsvikt, och diametern är axeln till kraften i vår dragkraft. Regeln för ögonblick i detta fall kommer att se ut:
$$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$
Således ger den rörliga enheten en förstärkning i kraft två gånger.
Vanligtvis används i praktiken en kombination av ett fast block med ett rörligt block (fig. 3). Den fasta enheten är endast för enkelhets skull. Den ändrar kraftriktningen, tillåter till exempel att lyfta lasten, stående på marken, och den rörliga enheten ger en förstärkning i styrka.
Bild 3. Kombination av fasta och rörliga block
Vi undersökte idealiska block, det vill säga de där friktionskrafternas handling inte beaktades. För riktiga block är det nödvändigt att införa korrigeringsfaktorer. Använd följande formler:
Fast block
$ F \u003d f 1/2 mg $
I dessa formler: $ F $ är den applicerade yttre kraften (vanligtvis är det styrkan hos en persons händer), $ m $ är massan för belastningen, $ g $ är tyngdkraftkoefficienten, $ f $ är motståndskoefficienten i blocket (för kretsar cirka 1,05, och för rep 1.1).
Med hjälp av ett system med rörliga och fasta block lyfter lastaren verktygslådan till en höjd av $ S_1 $ \u003d 7 m och tillämpar en kraft på $ F $ \u003d 160 N. Vilken är massan på lådan och hur många meter rep måste du välja medan lasten stiger? Vilket arbete kommer lastaren att göra som resultat? Jämför det med arbetet på lasten för att flytta det. Friktion och massa av det rörliga blocket försummas.
$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?
Mobilenheten ger en dubbel förstärkning i styrka och en dubbel förlust i rörelse. En fast enhet ger inte en förstärkning i styrka utan ändrar dess riktning. Således kommer den applicerade kraften att vara halva lastens vikt: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, varifrån vi hittar lådans massa: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 8) \u003d 32,65 \\ kg $
Lastens rörelse kommer att vara halva så lång som längden på det valda repet:
Arbetet som utförs av lastaren är lika med produkten från den tillämpade ansträngningen för att flytta lasten: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.
Arbetet utförs på lasten:
Svar: Lådans massa är 32,65 kg. Längden på det valda repet är 14 m. Det utförda arbetet är 2240 J och beror inte på metoden för att lyfta lasten, utan endast på lastens massa och lyftens höjd.
Uppgift 2
Vilken last kan lyftas med ett rörligt block som väger 20 N om du drar i ett rep med en kraft på 154 N?
Vi skriver regeln för stunder för det rörliga blocket: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, där $ f $ är korrigeringsfaktorn för repet.
Sedan $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $
Svar: Lastvikt 260 N.
4,1. Statiska element
4.1.7. Några enkla mekanismer: block
Enheter som är utformade för att flytta (höja, sänka) last med hjälp av hjulet och tråden som kastas över den, på vilken viss kraft appliceras, kallas block. Skill mellan fasta och rörliga block.
Blocken är utformade för att flytta last som väger P → c med hjälp av kraften F → som appliceras på repet som kastas över hjulet.
för alla typer av block (rörlig och mobil) är jämviktsvillkoret uppfyllt:
d 1 F \u003d d2P,
där d 1 är axeln på kraften F → applicerad på repet; d 2 - kraften på kraften P → (lastens vikt flyttas med hjälp av denna enhet).
den fast block (Fig. 4.8) axlarna på krafterna F → och P → är desamma och lika med blockets radie:
d1 \u003d d2 \u003d R,
därför är krafternas modul lika med varandra:
F \u003d P.
Fig. 4,8
Med hjälp av ett fast block kan en kropp med vikt P → flyttas genom att applicera en kraft F →, vars värde sammanfaller med värdet på lastens vikt.
I det rörliga blocket (Fig. 4.9) är axlarna på krafterna F → och P → olika:
d \u003d 2R och d2 \u003d R,
där d 1 är axeln på kraften F → applicerad på repet; d 2 - axelstyrka P → (lastens vikt flyttas med hjälp av denna enhet),
därför följer krafterna moduler jämställdheten:
Fig. 4,9
Med hjälp av ett rörligt block kan en kropp med vikt P → flyttas genom att applicera en kraft F →, vars värde är halva storleken på lastens vikt.
Block låter dig flytta kroppen ett visst avstånd:
- ett fast block ger inte en förstärkning i styrka; den ändrar bara riktningen för den applicerade kraften;
- den mobila enheten ger en förstärkning av kraft 2 gånger.
Men både rörliga och fasta block ge inte en vinst i arbete: hur många gånger vi vinner i styrka, så många gånger förlorar vi i avstånd (mekanikens "gyllene regel").
Exempel 22. Ett system består av två viktlösa block: ett rörligt och ett rörligt. En last som väger 0,40 kg är upphängd från den rörliga enhetens axel och rör vid golvet. En viss kraft appliceras på den fria änden av repet som kastas över det fasta blocket, som visas på figuren. Under påverkan av denna kraft stiger belastningen från viloläge till en höjd av 4,0 m på 2,0 s. Hitta kraftmodulen som används på repet.
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
2 T ′ - m g \u003d m a,
a \u003d 2 F - m g m.
Vägen som täcks av lasten 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 \u003d a t 2 2 \u003d (2 F - m g) t 2 2 m.
Vi uttrycker önskad styrka härifrån:
F \u003d m (h t2 + g2)
och beräkna dess värde:
F \u003d 0,40 (4,0 (2,0) 2 + 10 2) \u003d 2,4 N.
Exempel 23. Ett system består av två viktlösa block: ett rörligt och ett rörligt. Viss last är upphängd från den fasta enhetens axel som visas i figuren. Under verkan av en konstant kraft som appliceras på repets fria ände börjar lasten att röra sig med konstant acceleration och rör sig uppåt på ett avstånd av 3,0 m på 2,0 s. Under lastens rörelse utvecklar den applicerade kraften en genomsnittlig effekt på 12 watt. Hitta mängden last.
Beslut. De krafter som verkar på de rörliga och fasta blocken visas i figuren.
Två krafter T → verkar på det fasta blocket från repets sida (på båda sidor om blocket); under påverkan av dessa krafter är blockets translationella rörelse frånvarande. Var och en av dessa krafter är lika med kraften F → applicerad på repets ände:
Tre krafter verkar på det rörliga blocket: två repspänningskrafter T → ′ (på båda sidor om blocket) och lastens vikt P → \u003d m g →; Under handlingen av de angivna krafterna rör sig blocket (tillsammans med lasten upphängd från det) upp med acceleration.
Vi skriver den andra Newtons lagen för det rörliga blocket i formen:
2 T → ′ + P → \u003d m a →,
eller i projektion på en koordinataxel riktad vertikalt uppåt,
2 T ′ - m g \u003d m a,
där T ′ är modulen för repets spänningskraft; m är lastens massa (mobilenhetens massa med lasten); g är accelerationsmodul för fritt fall; a är blockets accelerationsmodul (lasten har samma acceleration, så vi kommer att prata om lastens acceleration).
Modulet för repspänningen T ′ är lika med kraften T: s modul:
därför bestämmes lastens accelerationsmodul av uttrycket
a \u003d 2 F - m g m.
Å andra sidan bestäms lastens acceleration av formeln för det körda avståndet:
där t är tiden för lastens rörelse.
könen
2 F - m g m \u003d 2 S t2
låter dig få ett uttryck för modulen för den applicerade kraften:
F \u003d m (S t2 + g2).
Lasten rör sig jämnt accelererad, så modulen för dess hastighet bestäms av uttrycket
v \u003d vid
och medelhastigheten är
〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.
Värdet på den genomsnittliga effekten som utvecklas av den applicerade kraften bestäms av formeln
〈N〉 \u003d F 〈v〉,
eller med hänsyn till uttryck för modul av kraft och medelhastighet:
〈N〉 \u003d m a (2S + g t2) 4 t.
Härifrån uttrycker vi den önskade massan:
m \u003d 4 tNNa (2S + g t2).
Vi ersätter uttrycket för acceleration i den erhållna formeln (a \u003d 2S / t2):
m \u003d 2 t 3 〈N〉S (2S + g t2)
och beräkna:
m \u003d 2 ⋅ (2,0) 3 ⋅ 12 3,0 (2 ⋅ 3,0 + 10 ⋅ (2,0) 2) ≈ 1,4 kg.
Oftast används enkla mekanismer för att få styrka. Det vill säga, med mindre kraft flytta mer vikt i jämförelse med det. Dessutom uppnås styrkan inte ”gratis”. Återbetalningen för det är förlusten på distans, det vill säga du måste göra mer rörelse än utan att använda en enkel mekanism. Men när krafter är begränsade är "utbytet" av avståndet för kraft gynnsamt.
Rörliga och fasta block är några av de typer av enkla mekanismer. Dessutom är de en modifierad spak, som också är en enkel mekanism.
Fast block ger inte en vinst i styrka, det ändrar helt enkelt riktningen för dess tillämpning. Föreställ dig att du måste lyfta en tung last upp repet. Du måste dra upp den. Men om du använder ett fast block måste du dra ner medan belastningen kommer att stiga upp. I det här fallet blir det lättare för dig, eftersom den nödvändiga styrkan består av muskelns styrka och din vikt. Utan användning av ett fast block skulle det vara nödvändigt att tillämpa samma kraft, men det skulle uppnås enbart på grund av muskelstyrka.
Det fasta blocket är ett hjul med spår för repet. Hjulet är fixerat, det kan rotera runt sin axel, men kan inte röra sig. Änden på repet (kabeln) hänger ner, en last fästs på den ena och kraft appliceras på den andra. Om du drar ned kabeln stiger belastningen.
Eftersom det inte finns någon förstärkning i styrka, finns det ingen förlust på avståndet. Avståndet lasten stiger, repet måste sänkas på samma avstånd.
användningen av rullande block ger en förstärkning i kraft två gånger (helst). Detta innebär att om lastens vikt är F måste du tillämpa kraften F / 2 för att lyfta den. Mobilenheten består av samma hjul med en kabelspår. Men en ände av kabeln är fixerad här och hjulet är rörligt. Hjulet rör sig med lasten.
Lastens vikt är den nedåtgående kraften. Den balanseras av två krafter riktade uppåt. Den ena skapas av det stöd som kabeln är kopplad till, och den andra drar i kabeln. Kabelns spänningskraft är densamma på båda sidor, vilket innebär att lastens vikt är lika fördelad mellan dem. Därför är var och en av krafterna två gånger mindre än lastens vikt.
I verkliga situationer är förstärkningen i kraft mindre än två gånger, eftersom lyftkraften delvis "spenderas" på repets och blockets vikt, såväl som friktion.
Mobilenheten, som ger nästan dubbelt så stor som en förstärkning i styrka, ger en dubbel förlust på avstånd. För att höja lasten till en viss höjd h är det nödvändigt att linorna på varje sida av blocket minskar med denna höjd, det vill säga totalt 2 timmar erhålls.
Använd vanligtvis kombinationer av fasta och rörliga block - tackling. De låter dig vinna i styrka och riktning. Ju mer rörliga block i kedjeblocket, desto större blir styrka.
Bibliografisk beskrivning: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. En modern syn på den enkla "block" -mekanismen som studerats i fysikens läroböcker för klass 7 // Young Scientist. - 2016. - Nr 2. - S. 106-113. 07.07.2019).
Fysikböcker för klass 7 när man studerar en enkel blockmekanism tolkar på olika sätt vinsten i kraft vid lyft med last med hjälp av denna mekanism, till exempel: i lärobok Pyoryshkina A. B. vinster i styrka uppnås med med blockets hjul, på vilket spakkrafterna verkar, och i Gendenstein-läroboken L. E. Samma förstärkning erhålls med med hjälp av en kabel, på vilken kabelns dragkraft verkar. Olika läroböcker, olika ämnen och olika krafter - att få en vinst i kraft när man lyfter en last. Därför är syftet med denna artikel att söka efter objekt och krafter med genom vilken vinsten i kraft när man lyfter lasten med en enkel blockmekanism.
nyckelord:
Först kommer vi att bekanta oss och jämföra hur förstärkning i styrka uppnås genom att lyfta en belastning med en enkel blockmekanism i fysikens läroböcker för klass 7, för detta kommer vi att placera extrakt från läroböcker med samma begrepp för tydlighet i tabellen.
|
Pyoryshkin A.V. Physics. 7: e klass. § 61. Tillämpning av spakbalansregeln på ett block, s. 180–183. |
Gendenshtein L. E. Fysik. 7: e klass. § 24. Enkla mekanismer, s. 188–196. |
|
"Block Det är ett hjul med ett spår, befäst i en bur. Ett rep, kabel eller kedja passeras genom ett blockets dike. "Fast blockde kallar ett sådant block vars axel är fixerad och inte stiger och faller när man lyfter gods (Fig. 177). Ett fast block kan betraktas som en jämnarmspak, i vilken krafternas axlar är lika med hjulets radie (Fig. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Ett sådant block ger inte en styrka. (F1 \u003d F2), men låter dig ändra kraftriktningen. " |
“Ger ett fast block en styrka? ... i Fig. 24.1a dras kabeln av den kraft som fiskaren utövar till kabelns fria ände. Kablets spänningskraft förblir konstant längs kabeln, därför från kabelns sida till lasten (fisk ) samma modulokraft verkar. Följaktligen ger ett fast block inte en förstärkning i styrka. 6.Hur man använder ett rörligt block för att få en styrka? Om en person reser sig självsåsom visas i fig. 24.6 fördelas personens vikt lika på två delar av kabeln (på motsatta sidor av blocket). Därför höjer en person sig genom att tillämpa en kraft som är halva vikten. ” |
|
”Ett rörligt block är ett block vars axel stiger och faller med lasten (Fig. 179).
Fig. 180 visar motsvarande spak: O - spaken på spaken, AO är axeln på kraften P och OB är axeln på kraften F. Eftersom OV-axeln är två gånger större än OA-axeln, då är kraften F 2 gånger mindre än kraften P: F \u003d P / 2. På detta sätt den mobila enheten ger en vinst itvinga två gånger ". |
"5. Varför den mobila enheten ger en vinst itvinga intvå gånger? Med en jämn lyft av lasten rör sig den rörliga enheten också jämnt. Så resultatet av alla krafter som appliceras på det är noll. Om blockets massa och friktionen i det kan försummas, kan vi anta att tre krafter appliceras på blocket: vikten på lasten P riktad nedåt och två identiska krafter i kabelns F spänning riktad uppåt. Eftersom resultatet av dessa krafter är noll, är P \u003d 2F, d.v.s. lastens vikt är två gånger kabelns dragkraft. Men kabelspänningskraften är just den kraft som appliceras när man lyfter en last med hjälp av ett rörligt block. Så vi bevisade att mobilenheten ger en vinst i tvinga två gånger ". |
|
”Vanligtvis används i praktiken en kombination av ett fast block med ett rörligt block (Fig. 181). Den fasta enheten är endast för enkelhets skull. Det ger inte en förstärkning i styrka, men ändrar kraftens riktning, till exempel gör att du kan lyfta lasten, stående på marken.
Fig. 181. Kombinationen av rörliga och fasta block - polyspast. " |
"12. Figur 24.7 visar systemet block. Hur många rörliga block finns det och hur många rörliga? Vilken är förstärkningen som ges av ett sådant system med block, om genom friktion och kan massan av block försummas? ”
Figur 24.7. Svar på sidan 240: “12. Tre rörliga block och en orörlig; 8 gånger. " |
För att sammanfatta bekanta och jämföra texter och figurer i läroböcker:
Bevis på att få styrka i läroboken A. Poryshkina utförs på blockhjulet och den verkande kraften är spaken styrka; vid lyft av en last ger det fasta blocket inte en förstärkning i styrka, och det rörliga blocket ger en förstärkning i styrka med två gånger. Det nämns inget kabel som belastningen hänger på den fasta enheten och den rörliga enheten med lasten.
Å andra sidan utförs i L.E. Gendensteinens lärobok bevis på styrkvinst på en kabel, på vilken en last eller en rörlig enhet med en last hänger och den verkande kraften är kabelspänningskraften; vid lyft av en last kan ett fast block ge en tvåfaldig förstärkning i hållfasthet, men det finns inget om en spak på blockhjulet.
Sökningen efter litteratur med en beskrivning av att få kraft i block och kabel ledde till "Elementary Textbook of Physics" redigerad av akademiker G. S. Landsberg, i §84. Enkla maskiner på sidorna 168-175 ges beskrivningar: "ett enkelt block, ett dubbel block, en grind, en kedjelyft och ett differentiellt block." I sin utformning ger "det dubbla blocket en förstärkning i styrka när lasten lyftes, på grund av skillnaden i längden på blockens radier", med vilken lasten lyfts, och "kedjeliften ger förstärkningen i kraft när lasten lyfts, på grund av repet , på flera delar som en last hänger på. ” Således var det möjligt att ta reda på varför förstärkningen i styrka ges, när lasten lyfts, separat blocket och kabeln (repet), men det var inte möjligt att ta reda på hur blocket och kabeln samverkar med varandra och överför lastens vikt till varandra, eftersom lasten kan upphängas på en kabel , och kabeln kastas över blocket eller lasten kan hänga på blocket och blocket hänger på kabeln. Det visade sig att kabelns spänningskraft är konstant och verkar längs hela kabelns längd, därför kommer överföringen av lastens vikt med kabeln till blocket att vara vid varje kontaktpunkt mellan kabeln och blocket, liksom överföringen av lastens vikt upphängd på blocket till kabeln. För att klargöra enhetens interaktion med kabeln, kommer vi att genomföra experiment med att få kraft i mobilenheten, när vi lyfter lasten, använder utrustningen i skolfysikskåpet: dynamometrar, laboratorieblock och en uppsättning laster i 1 N (102 g). Vi börjar experimenten med det rörliga blocket, eftersom vi har tre olika versioner av att vinna makt i blocket. Den första versionen är ”Fig. 180. En mobil enhet som spak med ojämlika axlar ”- A. Poryshkinas lärobok, andra” Fig. 24.5 ... två identiska kabelspänningskrafter F ”- enligt L. Hendensteins lärobok och slutligen den tredje” Fig. 145. Polyspast ” . Lyft av en last med en rörlig bur av en kedjelift på flera delar av ett rep - enligt läroboken till G. Landsberg G.
Erfarenhet nr 1. “Fig. 183”
För att genomföra experiment nr 1, förstärka styrkan på det rörliga blocket med en “spak med ojämna armar i OAB fig. 180” enligt läroboken A. Peryshkina, på mobilblocket “Fig. 183”, läge 1, rita en spak med ojämna axlar på OAV, som på “Fig. 180”, så börjar vi lyfta lasten från läge 1 till läge 2. På samma ögonblick börjar blocket att rotera, moturs, runt sin axel i punkt A och punkt B - änden på spaken som hissen går bortom halvcirkeln, längs vilken kabeln underifrån böjs runt det rörliga blocket. Punkt O - spaken för spaken, som måste fixeras, går ner, se "Fig. 183" - läge 2, det vill säga spaken med ojämna axlar OAB förändras som en spak med lika axlar (samma vägar passerar punkterna O och B).
På grundval av de data som erhållits i experiment nr 1 om förändringar i positionen för OAB-spaken på det rörliga blocket vid lyft av gods från position 1 till position 2, kan vi dra slutsatsen att representationen av det rörliga blocket som en spak med ojämna axlar i "Fig. 180", vid lyft last, med blockets rotation runt dess axel, motsvarar en spak med lika axlar, vilket inte ger en förstärkning i styrka vid lyftning av lasten.
Vi börjar experiment nr 2 genom att fästa dynamometrar på kabelns ändar, på vilka vi kommer att hänga en rörlig enhet med en vikt av 102 g, vilket motsvarar en tyngdkraft på 1 N. En av kabelns ändar kommer att fixeras till upphängningen, och vi lyfter lasten på mobilenheten i den andra änden av kabeln. Före lyft ändrades avläsningarna för båda dynamometrarna vid 0,5 N, i början av lyftningen av dynamometern, under vilken lyftningen ägde rum, till 0,6 N, och förblev så under lyftningen, vid slutet av lyftningen avlästes mätvärdena till 0,5 N. Avläsningen av dynamometern fixades för en fast suspension förändrades inte under stigningen och förblev lika med 0,5 N. Låt oss analysera resultaten av experimentet:
- Före lyftning, när en last på 1 N (102 g) hänger på ett rörligt block, fördelas lastens vikt till hela hjulet och överförs till kabeln, som omger blocket underifrån, med hela hjulets halvcirkel.
- Innan man lyfter avläsningarna för båda dynamometrarna vid 0,5 N, vilket indikerar fördelningen av lastvikten på 1 N (102 g) i två delar av kabeln (före och efter blocket) eller att kabelns dragkraft är 0,5 N, och samma längs hela kabelns längd (som i början är densamma i slutet av kabeln) - båda dessa uttalanden är sanna.
Låt oss jämföra analysen av erfarenhet nr 2 med versionerna av läroböcker om att få styrka i två gånger med ett rörligt block. Vi börjar med uttalandet i Gendenstein L.Es lärobok "... att tre krafter appliceras på blocket: vikten på lasten P riktad nedåt och två identiska kabelspänningskrafter riktade uppåt (Fig. 24.5)." Uttalandet att lastens vikt i “Fig. 14,5 ”fördelades i två delar av kabeln, före och efter blocket, eftersom kabelns spänningskraft är en. Det återstår att analysera signaturen för "Fig. 181" från läroboken till A. V. Peryshkin "Kombination av rörliga och fasta block - remskiva block". En beskrivning av anordningen och erhållande av kraft, när man lyfter lasten, med en kedjehiss finns i Elementary Physics Textbook, ed. Lansberg G. S. där det sägs: "Varje repstycke mellan blocken kommer att verka på en rörlig last med en kraft T, och alla delar av repet kommer att verka med en kraft nT, där n är antalet separata delar av repet som förbinder båda delar av blocket." Det visar sig att om vi tillämpar förstärkningen i styrka på "Fig. 181" med ett "rep som förbinder båda delarna" av kedjeblocket från G.S. Landsbergs Elementary Physics Textbook, så kommer beskrivningen av att få styrka i det rörliga blocket i "Fig. 179 respektive Fig. 180 ”är ett misstag.
Efter att ha analyserat fyra fysikböcker, kan vi dra slutsatsen att den befintliga beskrivningen av att få effekt genom en enkel blockmekanism inte motsvarar den verkliga situationen och därför kräver en ny beskrivning av hur en enkel blockmekanism fungerar.
Enkel lyftutrustning består av ett block och ett rep (rep eller kedja).
Blocken i denna lyftmekanism är indelade i:
genom design enkel och komplex;
med metoden att lyfta belastningen på rörlig och stationär.
Kännedom om designen av blocken kommer att börja med enkelt block, som är ett hjul som roterar runt sin axel, med ett spår runt omkretsen för ett rep (rep, kedja) Fig. 1 och det kan betraktas som en lika arm, i vilken krafternas axlar är lika med hjulets radie: ОА \u003d ОВ \u003d r. En sådan enhet ger inte en förstärkning i styrka, men tillåter dig att ändra kabelns rörelseriktning (rep, kedja).
Dubbel block består av två block med olika radier, styvt fästa ihop och monterade på den gemensamma axeln i fig. 2. Radierna för blocken r1 och r2 är olika och, när du lyfter lasten, fungera som en spak med ojämna axlar, och förstärkningen i styrka kommer att vara lika med förhållandet mellan längderna på radierna för blocket med större diameter och blocket med mindre diameter F \u003d P · r1 / r2.
grinden består av en cylinder (trumma) och ett anslutet handtag som fungerar som ett block med stor diameter. Den förstärkta kraft som ges av kragen bestäms av förhållandet mellan radien för cirkeln R som beskrivs av handtaget och radien för cylindern r, på vilken repet F \u003d P · r / R.
Låt oss gå vidare till metoden att lyfta laster i block. Från designbeskrivningen har alla block en axel runt vilken de roterar. Om blockets axel är fast och när lyftbelastningen inte stiger eller faller, kallas ett sådant block fast blockenkelt block, dubbel block, gate.
i rullande blockaxeln stiger och faller med belastningen i fig. 10 och den är huvudsakligen avsedd att eliminera kabelns kink vid lastplatsens upphängning.
Låt oss bekanta oss med enheten och metoden att lyfta den andra delen av en enkel lyftmekanism - en kabel, rep eller kedja. Kabeln är vriden från ståltrådar, repet är vridet från gängor eller trådar, och kedjan består av länkar som är sammankopplade.
Sätt på lastupphängning och förstärkning när du lyfter last med en kabel:
I fig. 4 är lasten fixerad i den ena änden av kabeln och om du lyfter lasten i den andra änden av kabeln, kommer att lyfta denna last kräva en kraft som är något större än lastens vikt, eftersom en enkel förstärkningsenhet i kraft inte ger F \u003d R.
I fig. 5 lyfter arbetaren sig genom kabeln, som böjer sig runt ett enkelt block, det säte som arbetaren sitter på är fixerat i ena änden av den första delen av kabeln, och arbetaren lyfter sig för den andra delen av kabeln med en kraft som är två gånger mindre än sin vikt, eftersom arbetarens vikt fördelades över två delar av kabeln, den första från sätet till blocket, och den andra från blocket till händerna på arbetaren F \u003d P / 2.
I fig 6 lyfter två arbetare lasten med två kablar och lastens vikt fördelas lika mellan kablarna och därför kommer varje arbetare att lyfta lasten med en kraft på halva vikten av lasten F \u003d P / 2.
I fig. 7 lyfter arbetarna en last som hänger på två delar av en kabel och lastens vikt fördelas jämnt mellan delarna av denna kabel (som mellan två kablar) och varje arbetare lyfter lasten med en kraft som är lika med halva vikten av lasten F \u003d P / 2.
I Fig. 8 fixades kabelns ände, för vilken en av arbetarna lyfte lasten, på en fast upphängning, och lastens vikt fördelades i två delar av kabeln och när arbetaren lyfte lasten fördubblades kabelns andra ände, kraften med vilken arbetaren lyfter lasten mindre vikt F \u003d P / 2 och lasten blir 2 gånger långsammare.
I fig. 9 hänger lasten på 3 delar av en kabel, vars ena ände är fixerad och förstärkningen i styrka, vid lyftning av lasten, blir 3, eftersom lastens vikt kommer att fördelas över tre delar av kabeln F \u003d P / 3.
För att eliminera kink och reducera friktionskraften installeras ett enkelt block i stället för upphängning av lasten och kraften som krävs för att lyfta lasten har inte förändrats, eftersom ett enkelt block inte ger en förstärkning i styrkan i fig. 10 och fig. 11, och själva blocket kommer att kallas rörligt blockeftersom axeln för detta block stiger och faller med belastningen.
Teoretiskt kan lasten upphängas på ett obegränsat antal delar av en kabel, men de är praktiskt taget begränsade till sex delar, och en sådan lyftmekanism kallas remskivasom består av en fast och rörlig hållare med enkla block, som växelvis böjs med en kabel, fixerad i ena änden till en fast hållare, och lasten lyftes vid kabelns andra ände. Effektförstärkningen beror på antalet delar av kabeln mellan de fasta och rörliga klämmorna, som regel är det 6 delar av kabeln och effektförstärkningen är 6 gånger.
Artikeln diskuterar den verkliga interaktionen mellan blocken och kabeln när du lyfter lasten. Den nuvarande praxisen för att bestämma att "ett fast block inte ger en förstärkning i styrka, och ett rörligt block ger en förstärkning av styrka med 2 gånger" tolkade felaktigt interaktionen mellan kabeln och blocket i lyftmekanismen och återspeglade inte hela variationen av blockdesign, vilket ledde till utvecklingen av ensidiga felaktiga idéer blocket. Jämfört med de befintliga volymerna för att studera blockets enkla mekanism ökade artikelns volym med två gånger, men detta gjorde det möjligt att tydligt och begripligt förklara de processer som äger rum i den enkla lastlyftmekanismen, inte bara för studenter utan också för lärare.
referenser:
- Poryshkin, A.V. Physics, 7th class .: textbook / A.V. Poryshkin.- 3: e upplagan, ytterligare.- M .: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Tillämpning av regeln om hävstångsbalansen på ett block, s. 181–183.
- Gendenstein, L. E. Fysik. 7: e klass. Vid 2 timmar, del 1. Lärobok för utbildningsinstitutioner / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; under redaktionen av V.A. Orlova, I. I. Roisen, 2: a upplagan, Rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 s .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Enkla mekanismer, s. 188–196.
- Grundläggande lärobok om fysik, redigerad av akademiker G. S. Landsberg Volym 1. Mekanik. Värmen. Molekylär fysik - 10: e upplagan - Moskva: Nauka, 1985. § 84. Simple Machines, s. 168–175.
- Gromov, S.V. Physics: Textbook. för 7 cl. 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, dubbel block, fast block, rörligt block, remskiva..
Sammanfattning: Fysikens läroböcker för klass 7, när man studerar en enkel blockmekanism, tolkar förstärkningen i styrka på olika sätt när man lyfter en last med hjälp av denna mekanism, till exempel: i läroboken till A.V. och i läroboken till Gendenshtein L. E. erhålls samma förstärkning med hjälp av en kabel, på vilken kabelns spänningskraft verkar. Olika läroböcker, olika ämnen och olika krafter - för att få en förstärkning när man lyfter en last. Därför är syftet med denna artikel att söka efter föremål och krafter, med hjälp av vilken en förstärkning i styrka erhålls vid lyft av en last med en enkel blockmekanism.