Ett block är en typ av spak, det är ett hjul med ett spår (fig. 1), du kan leda ett rep, kabel, rep eller kedja genom spåret.
Fig. 1 Allmän vy över blocket
Blocken är indelade i mobila och rörliga.
Den fasta enhetens axel är fast; vid lyft eller sänkning av lasten stiger och faller den inte. Vikten på lasten som vi lyfter betecknas med P, den pålagda kraften indikeras av F, stödjämnet är O (fig. 2).
Fig. 2 Fast block
Kraften P's arm är segmentet OA (kraften arm l 1), axelstyrka F skär OB (axelstyrka l 2) (Fig. 3). Dessa segment är hjulets radier, sedan är axlarna lika med radien. Om axlarna är lika, är vikten på lasten och kraften vi tillämpar lyft numeriskt lika.
Fig. 3 Fast block
Ett sådant block ger inte en förstärkning i styrkan. Av detta kan man dra slutsatsen att det är lämpligt att använda ett fast block för att underlätta lyft, det är lättare att lyfta lasten upp med en kraft som är riktad nedåt.
En anordning där axeln kan stiga och falla med lasten. Åtgärden liknar spaken (bild 4).
Fig. 4. Mobil enhet
För att detta block ska fungera är den ena änden av repet fixerad, vi applicerar en kraft F på den andra änden för att lyfta en last med vikt P, lasten är fäst vid punkt A. Pivotpunkten är punkten O under rotation, eftersom blocket roterar vid varje rörelsemoment och punkten O fungerar som en svängpunkt (fig. 5).
Fig. 5. Mobil enhet
Värdena på axelkraften F är två radier.
Värdet på styrkan P är en radie.
Krafterna på krafterna skiljer sig två gånger, i enlighet med regeln om balans i spaken, krafterna skiljer sig två gånger. Kraften som krävs för att lyfta en last med en vikt av P kommer att vara två gånger mindre än lastens vikt. Den rörliga enheten ger en fördel med kraft två gånger.
I praktiken används kombinationer av block för att ändra verkningsriktningen för den applicerade kraften för att lyfta och halvera den (fig. 6).
Fig. 6. Kombinationen av rörliga och fasta block
I lektionen bekantade vi oss med enheten i ett fast och rörligt block som gjordes av att block är olika spakar. För att lösa problem i detta ämne är det nödvändigt att komma ihåg spaken för jämvikt i spaken: förhållandet mellan krafter är omvänt proportionellt mot förhållandet mellan axlarnas axlar.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Insamling av problem i fysik för lärosäten 7–9. - 17: e upplagan - M .: Utbildning, 2004.
- Peryshkin A.V. Fysik. 7 cl - 14: e upplagan, stereotyp. - M .: Bustard, 2010.
- Peryshkin A.V. Samling av problem i fysik, 7-9: e klass: 5: e upplagan, stereotyp. - M: Förlag "Exam", 2010.
- Class-fizika.narod.ru ().
- School.xvatit.com ().
- Scienceland.info ().
läxor
- Ta reda på vad en kedjelyft är och vilken typ av styrka det ger.
- Var används fasta och rörliga block i vardagen?
- Hur är det lättare att klättra upp: klättra på ett rep eller klättra med ett fast block?
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 förstärkning i styrka, det ändrar bara riktningen för dess tillämpning. Föreställ dig att du måste lyfta en tung last upp repet. Du måste dra upp det. 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 muskelstyrka 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 betyder 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 den ena änden 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 lyfta 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 - tackla. De låter dig vinna i styrka och riktning. Ju mer rörliga block i kedjeliften, desto större blir förstärkningen i styrka.
För närvarande antar vi att blocket och kabelns massa såväl som friktionen i blocket kan försummas. I detta fall kan kabelspänningskraften betraktas som densamma i alla dess delar. Dessutom kommer vi att betrakta kabeln osträckbar och dess massa är försumbar.
Fast block
Det fasta blocket används för att ändra kraftsriktningen. I fig. 24.1, a visar hur man använder det fasta blocket för att vända kraftriktningen. Men med dess hjälp kan du ändra styrkans riktning som du vill.
Rita ett diagram över ett fast block med vilken du kan rotera kraftsriktningen 90 °.
Ger ett fast block en förstärkning i styrka? Tänk på detta med hjälp av exemplet som visas i fig. 24.1 a. Kabeln dras av den kraft som fiskaren utövar till kabelns fria ände. Kabelspänningskraften förblir konstant längs kabeln, därför påverkas belastningen (fisken) från kabelsidan av samma modulkraft. Därför ger ett fast block inte en förstärkning i styrka.
Vid användning av en fast enhet stiger belastningen lika mycket som kabelns ände faller, som fiskaren tillämpar kraft. Det innebär att vi inte vinner eller förlorar med hjälp av ett fast block.
Rörlig enhet
Lägg upplevelsen
När man lyfter en last med hjälp av ett lätt rörligt block, noterar vi att om friktionen är låg, för att lyfta lasten är det nödvändigt att applicera en kraft som är ungefär 2 gånger mindre än lastens vikt (Bild 24.3). Således ger den rörliga enheten en förstärkning i styrka med 2 gånger.
Fig. 24,3. När vi använder mobilenheten vinner vi två gånger i styrka, men förlorar samma antal gånger på vägen
För en dubbel förstärkning måste du dock betala samma förlust på vägen: för att lyfta lasten, till exempel med 1 m, måste du höja änden på kabeln som kastas över blocket med 2 m.
Det faktum att det rörliga blocket ger en dubbel förstärkning i styrka kan bevisas utan att ta till erfarenhet (se nedan avsnittet "Varför ger det rörliga blocket en dubbel förstärkning i styrka?").
Block klassificeras som enkla mekanismer. I gruppen av dessa anordningar, som tjänar till att konvertera krafter, innefattar förutom block en spak, ett lutande plan.
BESTÄMNING
blocket - en solid kropp som har förmågan att rotera runt en fast axel.
Block skapas i form av skivor (hjul, lågcylindrar, etc.) med ett spår genom vilket ett rep (torso, rep, kedja) passeras.
Fast är ett block med en fast axel (Fig. 1). Den rör sig inte när du lyfter en last. Det fasta blocket kan betraktas som en spak som har lika axlar.
Villkoret för blockets jämvikt är villkoret för jämvikt mellan momenten av krafter som appliceras på det:
Blocket i fig. 1 kommer att vara i jämvikt om gängornas dragkrafter är lika med:
eftersom axlarnas axlar är desamma (OA \u003d OV). En fast enhet ger inte en förstärkning i styrka, men den tillåter dig att ändra krafts handlingsriktning. Att dra i repet som går ovanifrån är ofta bekvämare än att dra i repet som går underifrån.
Om massan på lasten som är bunden till den ena änden av repet som kastas över det fasta blocket är m, för att lyfta den, bör en kraft F lika med appliceras på den andra änden av repet:
under förutsättning att friktionskraften i blocket inte tar hänsyn till. Om det är nödvändigt att ta hänsyn till friktion i blocket införs motståndskoefficienten (k), då:
En blockersättning kan fungera som ett smidigt rörelsefullt stöd. Ett rep (rep) kastas över ett sådant stöd, som glider längs stödet, men friktionskraften ökar.
Den fasta enheten ger inte vinst i arbete. Vägarna som passerar krafternas tillämpningspunkter är desamma, lika med kraften, därför lika med arbete.
För att uppnå en förstärkning i styrka, med hjälp av fasta block, används en kombination av block, till exempel, ett dubbel block. När blocken måste ha olika diametrar. De är rörliga anslutna varandra och är monterade på en enda axel. Ett rep är fäst vid varje block så att det kan lindas på eller utanför blocket utan att glida. I detta fall kommer krafterna att vara ojämlika. Dubbelblocket fungerar som en spak med axlar i olika längder. Figur 2 visar ett dubbelblockdiagram.
Jämviktstillståndet för spaken i fig. 2 kommer att vara formeln:
Dubbel enhet kan konvertera ström. Genom att applicera mindre kraft på ett rep lindat runt ett block med stor radie, erhålls en kraft som verkar på sidan av repet lindad runt ett block med mindre radie.
Ett rörligt block är ett block vars axel rör sig tillsammans med lasten. I fig. 2 rörligt block kan betraktas som en spak med axlar i olika storlekar. I det här fallet är punkten O spaken. OA är maktens axel; OB är maktens axel. Låt oss överväga bild. 3. Kraften på axeln är två gånger större än kraften på kraften, därför för jämvikt är det nödvändigt att kraften F är två gånger mindre än kraften P: s modul:
Vi kan dra slutsatsen att med hjälp av ett rörligt block får vi en förstärkning i kraft två gånger. Jämviktstillståndet för det rörliga blocket utan att ta hänsyn till friktionskraften är skrivet som:
Om du försöker ta hänsyn till friktionskraften i blocket, ange sedan blockets (k) motståndskoefficient och få:
Ibland används en kombination av ett rörligt och fast block. I denna kombination används en fast enhet för enkelhets skull. Det ger inte en förstärkning i styrka, men tillåter dig att ändra riktningen för kraften. Mobilenheten används för att ändra storleken på den applicerade kraften. Om ändarna på repet som täcker blocket gör samma vinklar med horisonten, är förhållandet mellan kraften som påverkar lasten och kroppsvikt lika med förhållandet mellan blockets radie och bågens ackord som repet täcker. Om linorna är parallella krävs den kraft som krävs för att lyfta lasten två gånger mindre än vikten på lasten som ska lyftas.
Den gyllene regeln av mekanik
Enkla mekanismer för vinst i arbete gör det inte. Hur mycket vi får i styrka, förlorar vi i samma antal gånger i fjärran. Eftersom arbetet är lika med kraftens skalprodukt genom förskjutning kommer det därför inte att förändras när man använder rörliga (såväl som rörliga) block.
I form av formeln "gyllene regel" kan skrivas på följande sätt:
var är den bana som kraftansökningspunkten passerar - den väg som körs vid kraftöverföringspunkten.
Den gyllene regeln är den enklaste formuleringen av lagen om bevarande av energi. Denna regel gäller för fall av enhetlig eller nästan enhetlig rörelse av mekanismer. Avstånden för den rörliga rörelsen för ändarna av repen är associerade med blocken (och) radier som:
Vi får det för att uppfylla den "gyllene regeln" för ett dubbelblock, det är nödvändigt att:
Om krafterna är balanserade vilar blocket eller rör sig jämnt.
Exempel på lösning av problem
EXEMPEL 1
| uppgift | Med hjälp av ett system med två rörliga och två fasta block höjer arbetarna byggbalken, medan de applicerar en kraft lika med 200 N. Vilken är massan (m) på balkarna? Tänk inte på friktion i block. |
| beslutet | Låt oss göra en teckning. Vikten på lasten som appliceras på lastsystemet kommer att vara lika med tyngdkraften som appliceras på lyftkroppen (balk):
Fasta block av vinst ger inte styrka. Varje mobilenhet ger en förstärkning i kraft två gånger, därför kommer vi under våra förhållanden att få en förstärkning i kraft fyra gånger. Detta betyder att du kan skriva:
Vi får att strålens massa är lika med: Vi beräknar strålens massa, vi tar:
|
| Svaret | m \u003d 80 kg |
EXEMPEL 2
| uppgift | Låt den höjd som arbetarna höjer balkarna i det första exemplet vara lika med m. Vad är arbetet som arbetarna gör? Vilket arbete med last flyttas till en viss höjd? |
| beslutet | I enlighet med mekanikens "gyllene regel" om vi, med hjälp av det befintliga blocksystemet, fick en förstärkning i kraft fyra gånger, kommer förlusten i rörelse också att vara fyra. I vårt exempel betyder det att längden på repet (l) som arbetarna ska välja är fyra gånger så länge som avståndet lasten kommer att gå, det vill säga: |