I modern teknik används lastlyftmekanismer i stor utsträckning för överföring av varor på byggarbetsplatser och företag, vars nödvändiga komponenter kan kallas enkla mekanismer. Bland dem är de äldsta uppfinningarna av mänskligheten: block och spak. Den antika grekiska forskaren Archimedes lättade människans arbete, vilket gav honom en vinst i styrka när han använde sin uppfinning och lärde honom att ändra styrkans riktning.
Ett block är ett hjul med ett spår runt en cirkel för ett rep eller kedja vars axel är styvt fäst vid en vägg eller takbalk.
Lyftanordningar använder vanligtvis inte en utan flera block. Systemet med block och kablar, utformat för att öka bärkapaciteten, kallas en kedjelift.
Det rörliga och fasta blocket är samma antika enkla mekanismer som spaken. Redan år 212 f.Kr., med hjälp av krokar och grepp kopplade till blocken, grep syrakusarna belägringsvapen från romarna. Byggandet av militära fordon och försvaret av staden leddes av Archimedes.
Det fasta blocket Archimedes betraktade som en jämn arm.
Kraftmomentet som verkar på den ena sidan av blocket är lika med kraftmomentet som appliceras på den andra sidan av blocket. Krafterna som skapar dessa ögonblick är desamma.
Det finns ingen förstärkning i styrka, men ett sådant block låter dig ändra styrriktningen, som ibland är nödvändig.
Archimedes tog mobilblocket som en ojämn spak, vilket gav en förstärkning av styrkan med två gånger. I förhållande till rotationscentrumet finns det moment av krafter som måste vara lika vid jämvikt.
Archimedes studerade de mekaniska egenskaperna hos det rörliga blocket och genomförde det i praktiken. Enligt Athenaeus "utformades många metoder för att sjösätta ett gigantiskt fartyg som byggdes av Syracuse-tyrannen Hieron, men mekanikern Archimedes, med enkla mekanismer, lyckades flytta fartyget med hjälp av några få människor. Archimedes uppfann ett block och lanserade ett enormt fartyg in i det" .
Blocket ger ingen vinst i arbetet, vilket bekräftar mekanikens gyllene regel. Detta kan lätt verifieras genom att uppmärksamma de avstånd som handen har kört och vikten.
Idrotts segelfartyg, som tidigare segelfartyg, kan inte undvika block när du sätter och hanterar segel. Moderna fartyg behöver block för att höja signaler, båtar.
Denna kombination av rörliga och fasta block på en elektrifierad järnvägslinje för att justera trådens spänning.
Ett sådant system med block kan användas av glidflygplan för att lyfta sina fordon i luften.
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 väg måste användningsplatsen för denna ansträngning 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. och förknippas med användning av block av de antika grekerna på fartyg och i teatrar.
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 belastningen (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, såsom visas i figurerna ovan och höger ovan. Fast block längst upp på flaggstången är det lättare att lyfta flaggan, så att du kan dra i sladden som flaggan är fäst ner 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).
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.
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 kabeln att anses 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 det kan användas för att ändra riktningen på kraften 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. Kabelns spänningskraft förblir konstant längs kabeln, så från kabelsidan påverkas lasten (fisken) 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. Detta innebär att vi inte vinner eller förlorar med hjälp av ett fast block.
Rörlig enhet
Lägg upplevelsen
Vid lyft av en last med hjälp av ett lätt rörligt block, noterar vi att om friktionen är låg och sedan för att lyfta lasten, är det nödvändigt att applicera en kraft som är ungefär två 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 höja 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 avsnittet nedan "Varför ger det rörliga blocket en dubbel förstärkning i styrka?").
Uttrycket "block" betyder någon mekanisk anordning, som är en rulle som är monterad på en vinkelrätt axel.Denna rulle eller kan röra sig fritt, eller vice versa - är fast fixerat. Förenkla definitionen - om rullens rotationsaxel rör sig i rymden är blocket rörligt. På rullen finns ett spår i vilket ett rep eller kabel är insatt. Bilden nedan visar blockets utseende.
Om rullen är fixerad, till exempel på taket, är den ett fast block. Om rullen rör sig med lasten är det en rörlig enhet. I allmän mening är den enda skillnaden.
Betydelsen av att använda en mobilenhet är en förstärkning i styrka när man lyfter eller flyttar laster och fysiska kroppar. Det fasta blocket ger ingen vinst men det förenklar ofta kroppens rörelse i hög grad och används i system i samband med det rörliga blocket.
Användning av rörliga och fasta block
Blocksystemet är allestädes närvarande. Det här är kranar och olika enheter för att flytta varor i garaget, och till och med drivrem i en modern bil. Ofta används ett block även utan en klar förståelse att detta är själva mekanismen.
Visst på byggplatser har du stött på rörliga hjul fixerade på de övre våningarna i ett hus under uppbyggnad. Ett rep eller kedja kastas över ett sådant hjul och arbetaren, som fixar en hink på första våningen, lyfter den till övervåningen och flyttar repet. Detta är ett enkelt exempel på att använda ett fast block. Om du lägger till ytterligare ett hjul i skopan får du ett system med block - rörligt och rörligt.
Ett annat sällsynta exempel på att använda ett fast block. När en person drar en bil ur leran, lindar han ett bogserrep runt en trädstam. Detta görs för större bekvämlighet, eftersom bogservinschen lätt krokar fast på den lilla änden av kabeln lindad runt bagagerummet. Det finns ingen vinst från ett sådant block själv, och eftersom trädet inte roterar runt sin axel ökar motståndskraften lasten.
Det finns många exempel på att använda dessa enkla mekanismer runt oss.
Den mest kända enheten som fungerar på principen om block är en kedjelift. Det används aktivt i lyftmekanismer. Blocksystemet minskar strömmen och det totala arbetet reduceras med 4-8 gånger.
Lösa problem med rörliga och fasta block
I fysikproblem är det ofta nödvändigt att bestämma vad den totala styrkan kommer att uppnås vid användning av block. Studenten erbjuds ett komplext schema där flera block av olika typer är kopplade i rad.
Nyckeln till att lösa sådana uppgifter ligger i förmågan att förstå interaktionen mellan dessa enheter. Varje block beräknas separat och läggs sedan till den allmänna formeln. Beräkningsformeln för hela uppgiften sammanställs enligt det schema som eleven ritade genom att läsa villkoret.
Kom ihåg det för en bättre förståelse av sådana uppgifter blocket är en slags spak. Kraften som vunnit ger en förlust i distans (i fallet med ett rörligt block).
Beräkningsformeln är mycket enkel.
För fast enhet F \u003d fmg, där F är kraften, f är blockmotståndskoefficienten, m är belastningen, g är gravitationskonstanten. Med andra ord är F den kraft som måste appliceras för att lyfta till exempel en låda från marken med ett fast block. Som ni ser är beroendet direkt och det finns ingen koefficient.
För rörlig enhet vi har en dubbel vinst i makten. Beräkningsformeln är F \u003d 0.5fmg, där bokstäverbeteckningarna liknar formeln precis ovanför. Följaktligen, när man använder ett rörligt block, kommer en sådan låda med massan m att höjas dubbelt så lätt med blocket än att endast använda sin egen rygg.
Observera det dragskoefficient - detta är reaktionen som inträffar i blocket när du flyttar repet längs det. Vanligtvis specificeras dessa mängder i problemets tillstånd eller är tabellmängder. Ibland i skolproblem är dessa koefficienter helt utelämnade och inte beaktas.
Glöm inte det om kraften appliceras i en vinkel, måste du använda standardmetoden för att beräkna krafttriangeln. Om uppgiften säger att en person drar en belastning på ett rep som är 30 grader mot horisonten, bör detta säkert beaktas och anges på designdiagrammet.