Domov > Domácí spotřebiče > Přináší stacionární blok na síle? Výzkumná práce „Získávání síly pomocí bloků“ (7. stupeň). Jednotlivé pohyblivé bloky

Přináší stacionární blok na síle? Výzkumná práce „Získávání síly pomocí bloků“ (7. stupeň). Jednotlivé pohyblivé bloky

Bloky jsou klasifikovány jako jednoduché mechanismy. Do skupiny těchto zařízení sloužících k přeměně síly patří kromě bloků páka a nakloněná rovina.

DEFINICE

Blok- tuhé těleso, které se může otáčet kolem pevné osy.

Bloky jsou vyrobeny ve formě disků (kol, nízkých válců atd.), které mají drážku, kterou prochází lano (trup, lano, řetěz).

Blok s pevnou osou se nazývá stacionární (obr. 1). Při zvedání nákladu se nepohybuje. Pevný blok si lze představit jako páku, která má stejná ramena.

Podmínkou rovnováhy kvádru je podmínka rovnováhy momentů sil, které na něj působí:

Blok na obr. 1 bude v rovnováze, pokud jsou napínací síly závitů stejné:

protože ramena těchto sil jsou stejná (OA=OB). Stacionární blok neposkytuje zesílení síly, ale umožňuje změnit směr síly. Tahání za lano, které přichází shora, je často pohodlnější než za lano, které přichází zespodu.

Pokud je hmotnost břemene přivázaného k jednomu konci lana přehozeného přes pevný blok rovna m, pak aby bylo možné jej zvednout, měla by na druhý konec lana působit síla F rovna:

za předpokladu, že nebereme v úvahu třecí sílu v bloku. Pokud je nutné vzít v úvahu tření v bloku, zadejte koeficient odporu (k), pak:

Jako náhrada bloku může sloužit hladká pevná podpěra. Přes takovou podpěru je přehozeno lano (lano), které po podpěře klouže, ale zároveň se zvyšuje třecí síla.

Stacionární blok nepřináší žádný zisk v práci. Dráhy, kterými procházejí body působení sil, jsou stejné, rovny síle, tedy rovny práci.

Za účelem získání nárůstu síly bez použití pohyblivé bloky použijte kombinaci bloků, například dvojitý blok. Když bloky musí mít různé průměry. Jsou vzájemně nehybně spojeny a namontovány na jedné ose. Ke každému bloku je připevněno lano, které se může omotat kolem bloku nebo z něj bez uklouznutí. Ramena sil v tomto případě budou nerovná. Dvojitá kladka působí jako páka s rameny různých délek. Obrázek 2 ukazuje schéma dvojitého bloku.

Rovnovážnou podmínkou pro páku na obr. 2 bude vzorec:

Dvojitý blok může převádět sílu. Působením menší síly na lano navinuté kolem bloku o velkém poloměru se získá síla, která působí ze strany lana navinutého kolem bloku o menším poloměru.

Pohyblivý blok je blok, jehož osa se pohybuje společně se zátěží. Na Obr. 2, lze pohyblivý blok považovat za páku s rameny různých velikostí. V tomto případě je bod O osou páky. OA - rameno síly; OB - rameno síly. Podívejme se na Obr. 3. Rameno síly je dvakrát větší než rameno síly, proto je pro rovnováhu nutné, aby velikost síly F byla poloviční než velikost síly P:

Můžeme dojít k závěru, že pomocí pohyblivého bloku získáme dvojnásobný nárůst síly. Rovnovážnou podmínku pohybujícího se bloku bez zohlednění třecí síly zapíšeme jako:

Pokud se pokusíme vzít v úvahu třecí sílu v bloku, zadáme koeficient odporu bloku (k) a dostaneme:

Někdy se používá kombinace pohyblivého a pevného bloku. V této kombinaci se pro pohodlí používá pevný blok. Neposkytuje zisk na síle, ale umožňuje změnit směr síly. Pohyblivý blok se používá ke změně velikosti použité síly. Pokud konce lana obepínajícího blok svírají s horizontem stejné úhly, pak je poměr síly působící na zátěž k hmotnosti těla roven poměru poloměru bloku k tětivě oblouku, který lano obepíná. Pokud jsou lana rovnoběžná, síla potřebná ke zvednutí břemene bude potřeba dvakrát menší než hmotnost zvedáného břemene.

Zlaté pravidlo mechaniky

Jednoduché mechanismy vám v práci nevyhrají. Jak nabíráme na síle, stejně tak ztrácíme na vzdálenosti. Protože se práce rovná skalárnímu součinu síly a posunutí, nebude se při použití pohyblivých (stejně jako stacionárních) bloků měnit.

Ve formě vzorce lze „zlaté pravidlo“ napsat takto:

kde - dráha, kterou urazí místo působení síly - dráha, kterou urazí místo působení síly.

zlaté pravidlo je nejjednodušší formulace zákona zachování energie. Toto pravidlo platí pro případy rovnoměrného nebo téměř rovnoměrného pohybu mechanismů. Translační vzdálenosti konců lan jsou vztaženy k poloměrům bloků ( a ) jako:

Dostáváme, že pro splnění „zlatého pravidla“ pro dvojitý blok je nutné, aby:

Pokud jsou síly vyrovnané, pak je blok v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

Cvičení

Pomocí systému dvou pohyblivých a dvou pevných bloků pracovníci zvedají konstrukční trámy, přičemž působí silou 200 N. Jaká je hmotnost (m) trámů? Ignorujte tření v blocích.

Řešení

Udělejme nákres.

Hmotnost břemene působícího na nosný systém se bude rovnat gravitační síle, která působí na zvednuté tělo (nosník):

Pevné bloky nedávají žádné výhry v síle. Každý pohybující se blok poskytuje dvojnásobný nárůst síly, takže v našich podmínkách získáme čtyřnásobný nárůst síly. To znamená, že můžeme napsat:

Zjistíme, že hmotnost paprsku je rovna:

Vypočítejme hmotnost paprsku, přijměte:

Odpovědět

m=80 kg

PŘÍKLAD 2

Cvičení	Nechť výška, do které dělníci zvednou trámy v prvním příkladu, je rovna m Jakou práci dělníci vykonali? Jakou práci vykoná břemeno, aby se posunulo do dané výšky?
Řešení	V souladu se „zlatým pravidlem“ mechaniky, pokud při použití stávajícího blokového systému získáme čtyřnásobný nárůst síly, bude ztráta v pohybu také čtyřnásobná. V našem příkladu to znamená, že délka lana (l), kterou by pracovníci měli zvolit, bude čtyřikrát větší než vzdálenost, kterou náklad urazí, tj.

Blok je typ páky je to kolo s drážkou (obr. 1); drážkou lze protáhnout lano, lano nebo řetěz;

Obr. 1. Obecná forma blok

Bloky se dělí na pohyblivé a pevné.

Osa stacionárního bloku je při zvedání nebo spouštění břemene pevná, nezvedá se ani neklesá. Hmotnost břemene, kterou zvedáme, označíme P, působící sílu F a bod otáčení označíme O (obr. 2).

Obr.2. Pevný blok

Rameno síly P bude segment OA (rameno síly l 1), silové rameno F segment OB (silové rameno l 2) (obr. 3). Tyto segmenty jsou poloměry kola, ramena se pak rovnají poloměru. Pokud jsou ramena stejná, pak se hmotnost břemene a síla, kterou působíme na zvedání, číselně rovnají.

Obr.3. Pevný blok

Takový blok neposkytuje žádné zvýšení pevnosti Z toho můžeme usoudit, že je vhodné použít stacionární blok pro snadné zvedání, je snazší zvednout břemeno pomocí síly, která směřuje dolů.

Zařízení, ve kterém lze nápravu zvedat a spouštět s nákladem. Činnost je podobná činnosti páky (obr. 4).

Rýže. 4. Pohyblivý blok

Pro ovládání tohoto bloku je jeden konec lana fixován, na druhý konec je aplikována síla F pro zvednutí břemene o hmotnosti P, břemeno je připevněno k bodu A. Otočný bod při rotaci bude bod O, protože při každém momentem pohybu se blok otáčí a bod O slouží jako opěrný bod (obr. 5).

Rýže. 5. Pohyblivý blok

Hodnota ramene síly F jsou dva poloměry.

Hodnota ramene P je jeden poloměr.

Ramena sil se liší dvojnásobně podle pravidla pákové rovnováhy, síly se liší dvojnásobně. Síla potřebná ke zvednutí břemene o hmotnosti P bude poloviční než hmotnost břemene. Pohyblivý blok poskytuje pevnostní výhodu dvojnásobnou.

V praxi se používají kombinace bloků pro změnu směru působení působící síly pro zdvih a její snížení na polovinu (obr. 6).

Rýže. 6. Kombinace pohyblivých a pevných bloků

Během lekce jsme se seznámili se strukturou pevného a pohyblivého bloku a dozvěděli jsme se, že bloky jsou typy pák. Pro řešení úloh na toto téma je nutné pamatovat na pravidlo pákové rovnováhy: poměr sil je nepřímo úměrný poměru ramen těchto sil.

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Sbírka úloh z fyziky pro 7.-9. ročníky všeobecně vzdělávacích institucí. - 17. vyd. - M.: Vzdělávání, 2004.
Peryshkin A.V. Fyzika. 7. třída - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2010.
Peryshkin A.V. Sbírka úloh z fyziky, ročníky 7-9: 5. vyd., stereotyp. - M: Nakladatelství „Zkouška“, 2010.

Class-fizika.narod.ru ().
School.xvatit.com ().
scienceland.info().

Domácí práce

Zjistěte sami, co je řetězový kladkostroj a jaké výkonové zisky poskytuje.
Kde se v každodenním životě používají pevné a pohyblivé bloky?
Co je snazší vylézt nahoru: lézt na laně nebo lézt pomocí stacionárního bloku?

Pohyblivý blok se liší od stacionárního bloku tím, že jeho osa není pevná a může stoupat a klesat spolu s nákladem.

Obrázek 1. Pohyblivý blok

Stejně jako pevný blok se pohyblivý blok skládá ze stejného kola s drážkou pro kabel. Jeden konec lanka je zde však upevněn a kolo je pohyblivé. Kolo se pohybuje s nákladem.

Jak poznamenal Archimedes, pohyblivý blok je v podstatě páka a funguje na stejném principu, čímž získává na síle díky rozdílu v ramenou.

Obrázek 2. Síly a síly v pohyblivém bloku

Pohyblivý blok se pohybuje spolu s nákladem, jako by ležel na laně. V tomto případě bude opěrný bod v každém časovém okamžiku v místě kontaktu bloku s lanem na jedné straně, náraz břemene bude aplikován do středu bloku, kde je připevněn k ose a tažná síla bude aplikována v místě kontaktu s lanem na druhé straně bloku. To znamená, že rameno tělesné hmotnosti bude poloměrem bloku a rameno naší tažné síly bude průměr. Momentové pravidlo v tomto případě bude vypadat takto:

$$ mgr = F \cdot 2r \Šipka doprava F = mg/2$$

Pohyblivý blok tedy poskytuje dvojnásobný nárůst síly.

Obvykle se v praxi používá kombinace pevného bloku a pohyblivého bloku (obr. 3). Pevný blok se používá pouze pro pohodlí. Mění směr síly, což umožňuje například zvednout náklad ve stoje na zemi a pohyblivý blok poskytuje nárůst síly.

Obrázek 3. Kombinace pevných a pohyblivých bloků

Zkoumali jsme ideální bloky, tedy takové, ve kterých se nepočítalo s působením třecích sil. Pro reálné bloky je nutné zavést korekční faktory. Používají se následující vzorce:

Pevný blok

$F = f 1/2 mg $

V těchto vzorcích: $F$ je použitá vnější síla (obvykle síla rukou osoby), $m$ je hmotnost břemene, $g$ je gravitační koeficient, $f$ je koeficient odporu v bloku (pro řetězy přibližně 1,05 a pro lana 1,1).

Pomocí systému pohyblivých a pevných bloků zvedne nakladač bednu s nářadím do výšky $S_1$ = 7 m, přičemž působí silou $F$ = 160 N. Jaká je hmotnost krabice a kolik metrů lana bude nutné odstranit při zvedání nákladu? Jakou práci v důsledku toho nakladač vykoná? Porovnejte ji s prací vykonanou na nákladu, abyste jej přesunuli. Zanedbávejte tření a hmotnost pohybujícího se bloku.

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Pohyblivý blok poskytuje dvojnásobný nárůst síly a dvojnásobnou ztrátu pohybu. Stacionární blok neposkytuje zesílení síly, ale mění svůj směr. Působená síla se tedy zdvojnásobí menší hmotnost zatížení: $F = 1/2P = 1/2mg$, odkud zjistíme hmotnost krabice: $m=\frac(2F)(g)=\frac(2\cdot 160)(9,8)=32,65\ kg $

Pohyb břemene bude poloviční než délka vybraného lana:

Práce vykonaná nakladačem se rovná součinu působící síly a pohybu břemene: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Provedené práce na nákladu:

Odpověď: Hmotnost krabice je 32,65 kg. Délka zvoleného lana je 14m Provedená práce je 2240J a nezávisí na způsobu zvedání břemene, ale pouze na hmotnosti břemene a výšce zdvihu.

Problém 2

Jaké břemeno lze zvednout pomocí pohyblivého bloku o hmotnosti 20 N, pokud je lano taženo silou 154 N?

Zapišme momentové pravidlo pro pohybující se blok: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, kde $f$ je korekční faktor pro lano.

Potom $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$

Odpověď: Hmotnost nákladu je 260 N.