≡× JÍDELNÍ LÍSTEK

• Interiér
• Okno
• Stěny
• Projekty
• Budovy

Pohyblivý a pevný blok. Bloky jako jednoduché mechanismy II. Nový materiál

Tyto dvě lekce byly vyučovány podle učebnice S.V. Gromová, N.A. Vlastivědná fyzika 7. třída. M. Vzdělávání 2000

Zvláštností lekcí je, že používají technologii naprogramovaného průzkumu pro třídy s počtem obyvatel méně než 15 lidí. Technologie spočívá v tom, že nabízí několik možností, jak odpovědět na otázku. Díky tomu je možné současně opakovat předchozí látku, zvýraznit hlavní body probraného tématu a sledovat asimilaci látky všemi studenty třídy. Jak ukazuje praxe, průzkum celé třídy nezabere více než 17 minut. Pro mladé učitele bude důležitým bodem rychlý rozvoj dovedností při určování úrovně osvojování znalostí studenty. Následné testy a samostatná práce vždy potvrzují známky získané studenty během naprogramovaného průzkumu.

Celý rozhovor probíhá ústně. Děti ukazují odpovědi na kartách nebo na prstech, u kterých je nutné, aby počet odpovědí nepřesáhl pět. Výsledky průzkumu se na tabuli okamžitě zobrazí ve formě plusů, mínusů a nul (existuje možnost odmítnout odpověď). Tato forma dotazování umožňuje uvolnit napětí při dotazování, vést ho nestranně, transparentně a zároveň psychicky připravit studenta na testy.

Programované průzkumy mají také mnoho nevýhod. Abychom je zredukovali na nic, je nutné to uvážlivě střídat s jinými formami kontroly znalostí.

Lekce 1. Bloky.

Účel lekce: naučit děti najít výhodu v síle, kterou poskytuje blokový systém.

Zařízení: bloky, závity, stativy, dynamometry.

Během lekcí:

1. Organizační moment

II. Nový materiál:

Učitel položí problematickou otázku:

Kniha Daniela Defoea „Robinson Crusoe“ vypráví příběh muže, který se ocitne na pustém ostrově a dokáže přežít v drsných podmínkách. Říká se, že jednoho dne se Robinson Crusoe rozhodl postavit loď, aby odplul z ostrova. Ale postavil loď daleko od vody. A loď byla velmi těžká na zvednutí. Představme si, jak byste dopravili těžký člun (řekněme o hmotnosti 1 tuny) k vodě (na vzdálenost 1 km).

Řešení studentů jsou stručně napsána na tabuli.

Obvykle navrhují vykopat kanál a přesunout loď pomocí páky. Samotné dílo ale říká, že Robinson Crusoe začal hloubit kanál, ale počítal s tím, že jeho dokončení mu zabere celý život. A páka, pokud si to spočítáte, bude tak tlustá, že nebudete mít dost síly, abyste ji drželi v rukou.

Je dobré, když někdo navrhne vyrobit naviják, použít řetězový kladkostroj, špalíky nebo naviják. Nechte tohoto studenta, aby vám řekl, co tento mechanismus je a proč je potřeba.

Po příběhu začnou studovat nový materiál. Pokud žádný z žáků nenabídne řešení, řekne ho učitel sám.

Existují dva typy bloků:

viz obrázek 54 (strana 55)

Viz obrázek 55 (strana 55)

Stacionární blok neposkytuje zisk na síle. Mění pouze směr působení síly. A pohyblivý blok poskytuje dvojnásobný nárůst síly. Podívejme se blíže:

(Čtený materiál §22 odvození vzorce F=P/2;)

Aby bylo možné spojit působení několika bloků, používá se zařízení zvané kladkový blok (z řeckého poly - „mnoho“ spao – „tahám“).

Chcete-li zvednout spodní blok, musíte vytáhnout dvě lana, to znamená, že ztratíte 2krát ve vzdálenosti, proto je nárůst síly této kladky 2.

Chcete-li zvednout spodní blok, musíte přeříznout 6 lan, takže přírůstek síly této kladky je 6

III. Konsolidace nového materiálu.

Průzkum školení:

1. Kolik lan je na obrázku přestřiženo?

1. Jeden,
2. čtyři,
3. Pět,
4. Šest,
5. Jiná odpověď.

2. Chlapec dokáže zvednout 20 kg. Ale potřebuje zvednout 100. Kolik bloků potřebuje k výrobě řetězového kladkostroje?

1. čtyři,
2. Pět,
3. Osm,
4. Deset,
5. Jiná odpověď.

3. Myslíte si, že je možné pomocí bloků získat lichý počet, například 3 nebo 5krát?

Odpověď: Ano, to vyžaduje, aby lano třikrát připojilo zátěž k hornímu bloku. Přibližné řešení na obrázku:

III.1. Řešení problému 71.

III.2. Řešení problému Robinsona Crusoe.

K pohybu lodi stačilo sestavit kladku nebo naviják (mechanismus, který si prostudujeme v další lekci).

Maďarskí obdivovatelé Daniela Defoea dokonce provedli takový experiment. Jeden člověk se pohnul betonová deska s podomácku vyrobenou kladkou vyřezanou ze dřeva na 100 m.

III.3. Praktická práce:

Nejprve sestavte stacionární blok z bloků a závitů, poté pohyblivý blok a jednoduchý kladkový blok. Změřte přírůstek síly ve všech třech případech dynamometrem.

IV. Závěrečná část

Shrnutí lekce, vysvětlení domácího úkolu

Domácí úkol: §22; problém 72

Lekce č. 2. Brána. Naviják.

Cíle lekce: zvažte zbývající jednoduché mechanismy - naviják, bránu a nakloněnou rovinu; seznamte se se způsoby, jak najít zisk v síle poskytované navijákem a nakloněnou rovinou.

Vybavení: model brány, velký šroub nebo šroub, pravítko.

Během lekcí:

I. Organizační moment

II. Naprogramovaný průzkum k předchozímu materiálu:

1. Který blok nezvyšuje sílu?

1. Mobilní, pohybliví,
2. Pevný,
3. Ne.

2. Je možné získat 3x větší sílu pomocí bloků?

3. Kolik lan je na obrázku přestřiženo?

1. Jeden,
2. čtyři,
3. Pět,
4. Šest,
5. Jiná odpověď.

4. Chlapec dokáže zvednout 25 kg. Ale potřebuje zvednout 100. Kolik bloků potřebuje k výrobě řetězového kladkostroje?

1. čtyři,
2. Pět,
3. Osm,
4. Deset,
5. Jiná odpověď.

5. Tesař při opravě rámů nemohl najít silné lano. Narazil na provázek, který v přetržení vydržel 70 kg. Sám truhlář vážil 70 kg a koš, ve kterém byl zvednut, vážil 30 kg. Potom vzal a sestavil mechanismus znázorněný na obrázku 1. Udrží to lano?

6. Po práci se tesař připravil na oběd a k rámu připevnil lano, aby si uvolnil ruce, jak ukazuje obrázek 2. Udrží lano?

III. Nový materiál:

Zapisování termínů do sešitu.

Brána se skládá z válce a k němu připevněného madla (ukažte model brány). Nejčastěji se používá ke zvedání vody ze studní (obr. 60 s. 57).

Naviják - kombinace navijáku a převodů různé průměry. Toto je pokročilejší mechanismus. Při jeho použití můžete dosáhnout největší síly.

Slovo učitele. Legenda o Archimedovi.

Jednoho dne přišel Archimedes do města, kde se místní tyran doslechl o zázracích, které velký mechanik vykonal. Požádal Archiméda, aby předvedl nějaký zázrak. "Dobře," řekl Archimedes, "ale ať mi pomůžou kováři." Zadal objednávku a o dva dny později, když bylo auto připraveno, před zraky užaslé veřejnosti Archimedes sám, sedící na písku a líně otáčející klikou, vytáhl loď z vody, která se sotva vytahovala. o 300 lidí. Nyní si historici myslí, že právě tehdy byl poprvé použit naviják. Faktem je, že při použití řetězového kladkostroje se akce jednotlivých bloků sčítají a k dosažení 300násobného zvýšení síly je potřeba 150 bloků. A při použití navijáku se akce jednotlivých převodů násobí, to znamená, že při spojení dvou převodů, z nichž jeden dává zesílení síly 5x a druhý 5x, dostaneme celkový zisk 25x. A pokud stejný převod použijete znovu, celková výhra dosáhne 125násobku. (A ne 15, jako u jednoduchého sčítání).

K vytvoření tohoto navijáku tedy stačilo vyrobit mechanismus podobný zařízení (obr. 61 s. 58). S uvedenými rozměry poskytuje horní brána 12násobné zvýšení síly, převodový systém 10násobek a druhá brána 5násobek. Naviják poskytuje 60násobný nárůst síly.

Nakloněná rovina je jednoduchý mechanismus, který mnozí z vás jistě znají. Používá se pro zvedání těžkých předmětů, jako jsou sudy, do auta. Bez ohledu na to, kolikrát při zvedání nabíráme na síle, tolikrát ztrácíme na vzdálenosti. Můžeme například válet sud o hmotnosti 50 kg. A potřebujete zvednout 300 kg na 1 metr výšky. Jakou délku desky si mám vzít?

Pojďme vyřešit problém:

Vzhledem k tomu, že musíme vyhrát v síle 6krát, ztráta na vzdálenost musí být také alespoň 6krát. To znamená, že deska musí být dlouhá alespoň 6 metrů.

Jako příklady nakloněná rovina mohou sloužit jako matice a šrouby, klíny a různé řezné a propichovací nástroje (jehla, šídlo, hřebík, dláto, dláto, nůžky, drátořezy, kleště, nůž, břitva, dláto, sekera, sekáček, hoblík, spárovačka, selektor, fréza, lopata, motyka, kosa, srp, vidle atd.), pracovní části strojů na zpracování půdy (pluhy, brány, křovinořezy, kultivátory, buldozery atd.)

Vezměme si jako příklad "tetřeva". Toto je slepý klín v kladivu, který drží rukojeť. Odtlačením dřevěných vláken tento klín jako lis odtlačí rukojeť v otvoru a bezpečně ji zafixuje.

Ale co když nepotřebujeme, aby hřebík roztlačil vlákna od sebe? Například je třeba zatlouct hřebík do tenkého kusu dřeva. Když tam zatlučeš obyčejný hřebík, tak to prostě praskne. K tomu tesaři speciálně otupují hřebíky a zatloukají matné. Pak hřebík jednoduše rozdrtí dřevěná vlákna před sebou, ale neroztlačí je od sebe jako klín.

V dávných dobách mnoho jednoduché mechanismy byly používány pro vojenské účely. Jedná se o balisty a katapulty (obrázek 62, 63). Jak podle vás fungují?

Odpovědi žáků probíráme s celou třídou.

Zvláště velké množství Archimédes se proslavil svými vynálezy. (Pokud je volný čas, učitel mluví o vynálezech Archiméda).

IV. Upevňování nového materiálu

Praktická práce:

1) Vezměte velký šroub nebo šroub a použijte milimetrové pravítko změřte mu obvod hlavy. Chcete-li to provést, musíte připevnit hlavu šroubu k dílkům milimetrového pravítka a navinout ho podél dílků.

Obvod hlavy šroubu l= 2R = … mm

2) Nyní vezměte měřicí kružítko a milimetrové pravítko a pomocí nich změřte vzdálenost mezi dvěma sousedními výstupky závitu šroubu. Tato vzdálenost se nazývá stoupání nebo zdvih šroubu.

Stoupání šroubu h = … mm

3) Nyní vydělte obvod hlavy roztečí šroubu a zjistíte, kolikrát tímto šroubem získáme na síle.

V. Doplňkový úkol: "Hloupé" kladkostroje.

Zkuste uhodnout, kolikrát získáme na síle při použití následujících blokových systémů.

K vyřešení druhého a třetího problému nestačí odpovědět na otázku „Kolik úseků lana se zkrátí, když zatáhnete „nadoraz“ Problémy vyžadují nestandardní přístup problém Nechte člověka táhnout silou 10 N. Tato síla je vyvážena tahem lana 2. To znamená, že na druhém laně je tažná síla 20 N. Ale je vyvážena tahem lana 3. To znamená, že na třetím laně je tažná síla 40 N. A na čtvrtém laně je 80 N. Proto je zesílení síly 8násobné.

Témata kodifikátoru jednotné státní zkoušky: jednoduché mechanismy, účinnost mechanismu.

Mechanismus - jedná se o zařízení pro přeměnu síly (její zvýšení nebo snížení).
Jednoduché mechanismy - páka a nakloněná rovina.

Rameno páky.

Rameno páky je tuhé těleso, které se může otáčet kolem pevné osy. Na Obr. 1) znázorňuje páku s osou otáčení. Síly a jsou aplikovány na konce páky (body a ). Ramena těchto sil se rovnají resp.

Rovnovážný stav páky je dán momentovým pravidlem: , odkud

Rýže. 1. Páka

Z tohoto vztahu vyplývá, že páka uděluje nárůst síly nebo vzdálenosti (v závislosti na účelu, ke kterému se používá) tolikrát, kolikrát je větší rameno delší než menší.

Například pro zvednutí břemene 700 N silou 100 N je třeba vzít páku s poměrem ramen 7:1 a umístit zátěž na krátké rameno. Vyhrajeme 7krát v síle, ale stejně prohrajeme na dálku: konec dlouhé paže bude popisovat 7krát velký oblouk než konec krátké paže (tj. zátěž).

Příklady pák, které poskytují zisk na síle, jsou lopata, nůžky a kleště. Veslařské veslo je páka, která poskytuje zisk ve vzdálenosti. A běžné pákové váhy jsou páky s rovným ramenem, které neposkytují žádný zisk ani na vzdálenosti, ani na síle (jinak je lze použít k vážení zákazníků).

Pevný blok.

Důležitým typem páky je blok - kolo upevněné v kleci s drážkou, kterou prochází lano. Ve většině problémů je lano považováno za beztížné, neroztažitelné vlákno.

Na Obr. 2 znázorněno pevný blok, tedy kvádr s pevnou osou otáčení (procházející kolmo k rovině výkresu bodem).

Na pravém konci závitu je k hrotu připevněno závaží. Připomeňme, že tělesná hmotnost je síla, kterou tělo tlačí na podpěru nebo natahuje závěs. V tomto případě je závaží aplikováno na místo, kde je zatížení připojeno k závitu.

Na levý konec závitu v bodě působí síla.

Rameno síly se rovná , kde je poloměr bloku. Hmotnostní rameno se rovná . To znamená, že pevný blok je páka s rovným ramenem, a proto neposkytuje zisk ani v síle, ani ve vzdálenosti: za prvé máme rovnost a za druhé, v procesu pohybu břemene a nitě, pohyb bod se rovná pohybu břemene.

Proč tedy vůbec potřebujeme pevný blok? Je to užitečné, protože umožňuje změnit směr úsilí. Typicky se pevný blok používá jako součást složitějších mechanismů.

Pohyblivý blok.

Na Obr. 3 znázorněno pohyblivý blok, jehož osa se pohybuje spolu s nákladem. Nit táhneme silou, která působí v bodě a směřuje nahoru. Blok se otáčí a zároveň se také pohybuje nahoru a zvedá břemeno zavěšené na niti.

V tento moment V čase, pevný bod je bod a právě kolem něj se blok otáčí ("převaloval" by se přes bod). Také říkají, že okamžitá osa rotace kvádru prochází bodem (tato osa směřuje kolmo k rovině výkresu).

Hmotnost břemene je aplikována v místě, kde je břemeno připevněno k závitu. Pákový efekt síly se rovná .

Ale rameno síly, kterou vytahujeme nit, se ukáže být dvakrát větší: rovná se . Podmínkou rovnováhy zatížení je tedy rovnost (kterou vidíme na obr. 3: vektor je poloviční než vektor).

V důsledku toho pohyblivý blok poskytuje dvojnásobný nárůst pevnosti. Zároveň ale stejně dvakrát ztrácíme na vzdálenosti: aby se náklad zvedl o metr, bude se muset bod posunout o dva metry (tedy vytáhnout dva metry nitě).

Blok na Obr. 3 má jednu nevýhodu: vytahování nitě nahoru (za bod) není nejvíce nejlepší nápad. Souhlaste, že je mnohem pohodlnější stáhnout nit dolů! Tady nám přijde na pomoc stacionární blok.

Na Obr. Obrázek 4 ukazuje zvedací mechanismus, který je kombinací pohyblivého bloku a pevného. Na pohyblivém bloku je zavěšeno břemeno a lano je navíc přehozeno přes pevný blok, což umožňuje tažením lana dolů zvednout břemeno. Vnější síla na kabelu je opět symbolizována vektorem .

Toto zařízení se v zásadě neliší od pohyblivého bloku: s jeho pomocí také získáme dvojnásobný nárůst síly.

Nakloněná rovina.

Jak víme, je snazší válet těžký sud po nakloněných chodnících, než jej zvedat svisle. Mosty jsou tedy mechanismem, který poskytuje zisky na síle.

V mechanice se takový mechanismus nazývá nakloněná rovina. Nakloněná rovina - je to ploché plochý povrch, umístěný v určitém úhlu k horizontále. V tomto případě říkají stručně: „nakloněná rovina s úhlem“.

Pojďme najít sílu, která musí být aplikována na hmotné zatížení, aby bylo rovnoměrně zvednuto podél hladké nakloněné roviny pod úhlem . Tato síla samozřejmě směřuje po nakloněné rovině (obr. 5).

Vyberme osu, jak je znázorněno na obrázku. Protože se břemeno pohybuje bez zrychlení, síly, které na něj působí, jsou vyvážené:

Promítáme na ose:

To je přesně síla, kterou je třeba vyvinout, aby se břemeno posunulo nahoru po nakloněné rovině.

Pro rovnoměrné zvednutí stejného nákladu svisle se použije síla rovna . Je vidět, že od . Nakloněná rovina ve skutečnosti poskytuje nárůst síly a čím menší je úhel, tím větší je zisk.

Široce používané typy nakloněné roviny jsou klín a šroub.

Zlaté pravidlo mechaniky.

Jednoduchý mechanismus může poskytnout zisk na síle nebo vzdálenosti, ale nemůže poskytnout zisk v práci.

Například páka s pákovým poměrem 2:1 poskytuje dvojnásobný nárůst síly. Chcete-li zvednout váhu na menší rameno, musíte vyvinout sílu na větší rameno. Aby se však náklad zvedl do výšky, větší rameno bude muset být spuštěno o , a vykonaná práce se bude rovnat:

tj. stejná hodnota jako bez použití páky.

V případě nakloněné roviny získáme na síle, protože na zátěž působíme silou, která je menší než gravitační síla. Abychom však náklad zvedli do výšky nad výchozí polohu, musíme jet po nakloněné rovině. Zároveň děláme práci

tedy stejně jako při zvedání břemene svisle.

Tyto skutečnosti slouží jako projevy tzv. zlatého pravidla mechaniky.

Zlaté pravidlo mechaniky. Žádný z jednoduchých mechanismů neposkytuje žádné zisky v práci. Kolikrát vyhrajeme v síle, kolikrát prohrajeme na dálku a naopak.

Zlaté pravidlo mechaniky není nic jiného než jednoduchá verze zákona zachování energie.

Účinnost mechanismu.

V praxi musíme rozlišovat užitečnou práci A užitečné, což musí být dosaženo pomocí mechanismu za ideálních podmínek bez jakýchkoli ztrát a práce na plný úvazek A plný,
která se pro stejné účely provádí v reálné situaci.

Celková práce se rovná součtu:
-užitečná práce;
-práce proti třecím silám v různých částech mechanismu;
- práce odvedená k pohybu základní prvky mechanismus.

Při zvedání břemene pákou tedy musíte dodatečně pracovat na překonání třecí síly v ose páky a k pohybu samotné páky, která má nějakou váhu.

Plná práce je vždy užitečnější. Poměr užitečné práce k celkové práci se nazývá koeficient výkonu (účinnosti) mechanismu:

=A užitečný/ A plný

Účinnost se obvykle vyjadřuje v procentech. Účinnost reálných mechanismů je vždy menší než 100 %.

Vypočítejme účinnost nakloněné roviny s úhlem za přítomnosti tření. Součinitel tření mezi povrchem nakloněné roviny a zatížením je roven .

Nechte hmotnostní zatížení rovnoměrně stoupat po nakloněné rovině působením síly z bodu do bodu do výšky (obr. 6). Ve směru opačném k pohybu působí na zátěž kluzná třecí síla.

Nedochází k žádnému zrychlení, takže síly působící na zátěž jsou vyvážené:

Promítáme na ose X:

. (1)

Promítáme na ose Y:

. (2)

Kromě,

, (3)

Z (2) máme:

Pak od (3):

Když to dosadíme do (1), dostaneme:

Celková práce je rovna součinu síly F a dráhy, kterou urazí těleso po povrchu nakloněné roviny:

A plný=.

Užitečná práce se samozřejmě rovná:

A užitečné =.

Pro požadovanou účinnost získáme.

Bibliografický popis: Shumeiko A. V., Vetashenko O. G. Moderní vzhled na jednoduchém „blokovém“ mechanismu, studovaném v učebnicích fyziky pro 7. ročník // Mladý vědec. 2016. č. 2. S. 106-113..07.2019).

Učebnice fyziky pro 7. ročník při studiu jednoduchého blokového mechanismu vykládají výhru různými způsoby síla při zvedání břemene z pomocí tohoto mechanismu, například: in Peryshkinova učebnice A. B. výhry v síly je dosaženo s pomocí kola špalíku, na které působí síly páky, a v Gendensteinově učebnici L. E. stejné výhry jsou získány s pomocí kabelu, který je vystaven tahové síle kabelu. Různé učebnice, různé položky A různé síly - získat výhry v síla při zvedání břemene. Účelem tohoto článku je proto hledání objektů a síla, s prostřednictvím kterého se získávají výhry síla, při zvedání břemene jednoduchým blokovým mechanismem.

Klíčová slova:

Nejprve se podíváme a porovnáme, jak se získává nárůst síly při zvedání břemene jednoduchým blokovým mechanismem, v učebnicích fyziky pro 7. ročník Za tímto účelem umístíme do a úryvky z textů učebnic se stejnými pojmy tabulka pro přehlednost.

Peryshkin A.V. 7. třída. § 61. Aplikace pravidla rovnováhy páky na blok, s. 180–183.	Gendenshtein L. E. Physics. 7. třída. § 24. Jednoduché mechanismy, s. 188–196.
"Blok Jedná se o kolo s drážkou, upevněné v držáku. Blokovým žlabem prochází lano, lano nebo řetěz. „Pevný blok nazývají takový blok, jehož osa je pevná a při zvedání břemen se nezvedá ani neklesá (obr. 177). Pevný blok lze považovat za rovnoramennou páku, u které jsou ramena sil rovna poloměru kola (obr. 178): OA=OB=r. Takový blok neposkytuje zisk na síle (F1 = F2), ale umožňuje změnit směr síly."	„Přináší vám stacionární blok na síle? ...na obr. 24.1a je lanko napínáno silou působící na volný konec lanka rybářem. Tažná síla kabelu zůstává konstantní podél kabelu, takže ze strany kabelu k zátěži (ryba ) působí síla stejné velikosti. Stacionární blok proto neposkytuje zisk na síle. 6.Jak můžete získat sílu pomocí pevného bloku? Pokud člověk zvedá vy sám, jak je znázorněno na obr. 24.6, potom se váha osoby rovnoměrně rozloží na dvě části kabelu (na opačných stranách bloku). Člověk se tedy zvedá působením síly, která je poloviční jeho hmotnosti.“
„Pohyblivý blok je blok, jehož osa stoupá a klesá spolu se zátěží (obr. 179). Obrázek 180 ukazuje páku, která jí odpovídá: O je opěrný bod páky, AO - rameno síly P a OB - rameno síly F. Protože rameno OB je 2krát větší než rameno OA, pak je síla F 2x menší než síla P: F=P/2. Tím pádem, pohyblivý blok dává zisksíla 2krát".	"5. Proč pohyblivý blok dává výhru?v platnostidvakrát? Když je břemeno zvedáno rovnoměrně, pohybující se blok se také pohybuje rovnoměrně. To znamená, že výslednice všech sil na něj působících je nulová. Pokud lze zanedbat hmotnost bloku a tření v něm, pak můžeme předpokládat, že na blok působí tři síly: tíha břemene P, směřující dolů, a dvě stejné tažné síly kabelu F, směřující nahoru. . Protože výslednice těchto sil je nulová, pak P = 2F, tzn hmotnost břemene je 2násobek napínací síly kabelu. Ale tažná síla lanka je přesně ta síla, která se aplikuje při zvedání břemene pomocí pohyblivého bloku. Tak jsme se osvědčili že pohyblivý blok dává zisk v síla 2krát".
„Obvykle v praxi používají kombinaci pevného bloku a pohyblivého (obr. 181). Pevný blok se používá pouze pro pohodlí. Neposkytuje nárůst síly, ale mění směr síly, například umožňuje zvedat náklad ve stoje na zemi. Obr. 181. Kombinace pohyblivých a pevných bloků – řetězový kladkostroj.“	„12. Obrázek 24.7 ukazuje systém bloky. Kolik má pohyblivých bloků a kolik pevných? Jaký zisk na síle dává takový systém bloků, pokud tření a lze zanedbat hmotnost bloků? . Obr.24.7. Odpověď na straně 240: „12 pevný; 8krát."

Shrňme si přehled a srovnání textů a obrázků v učebnicích:

Důkaz získání nárůstu síly v učebnici A. V. Peryškina se provádí na kole špalíku a působící silou je síla páky; Při zvedání břemene nepohyblivý blok nezískává sílu, ale pohyblivý blok poskytuje dvojnásobné zvýšení síly. Není zde zmínka o kabelu, na kterém visí zátěž na pevném bloku a pohyblivém bloku se zátěží.

Naproti tomu v učebnici Gendensteina L.E. je důkaz zesílení síly proveden na lanku, na kterém visí břemeno nebo pohyblivý blok s břemenem a působící silou je tažná síla lana; při zvedání břemene může stacionární blok poskytnout 2násobné zvýšení pevnosti, ale v textu není zmínka o páce na kladkovém kole.

Hledání literatury popisující zesílení síly pomocí bloku a kabelu vedlo k „Základní učebnici fyziky“, kterou vydal akademik G. S. Landsberg, v §84. Jednoduché stroje na s. 168–175 popisují: „jednoduchý blok, dvojitý blok, hradlo, kladka a blok diferenciálu“. Ve skutečnosti „dvojitý blok svou konstrukcí dává při zvedání břemene nárůst síly v důsledku rozdílu v délce poloměrů bloků“, pomocí kterých se břemeno zvedá, a „kladnice dává nárůst síly při zvedání břemene díky lanu, na jehož několika částech břemeno visí." Bylo tedy možné zjistit, proč blok a lano (lano) dávají při zvedání břemene nárůst pevnosti, ale nebylo možné zjistit, jak se blok a lano vzájemně ovlivňují a přenášejí hmotnost břemena. zatížení k sobě navzájem, protože náklad může být zavěšen na kabelu a kabel je hozen přes blok nebo může náklad viset na bloku a blok visí na kabelu. Ukázalo se, že tažná síla kabelu je konstantní a působí po celé délce kabelu, takže přenos hmotnosti břemene kabelem na blok bude v každém místě kontaktu kabelu s blokem , stejně jako přenos hmotnosti břemene zavěšeného na bloku na kabel. Abychom objasnili interakci bloku s kabelem, provedeme experimenty k získání zesílení síly s pohybujícím se blokem při zvedání břemene pomocí vybavení školní učebny fyziky: dynamometry, laboratorní bloky a sadu závaží v 1H (102 g). Začněme experimenty s pohyblivým blokem, protože máme tři různé verze získání nárůstu síly s tímto blokem. První verze je „Obr.180. Pohyblivý blok jako páka s nestejnými rameny“ – učebnice A. V. Peryshkina, druhá „Obr. 24.5... dvě stejné tažné síly lana F“ – podle učebnice L. E. Gendensteina a nakonec třetí „Obr . Zvedání břemene pohyblivou sponou kladky na více částech jednoho lana - podle učebnice G. S. Landsberga.

Zkušenost č. 1. "Obr. 183"

Pro provedení pokusu č. 1, získání nárůstu síly na pohyblivém bloku „s pákou s nestejnými rameny OAB obr. 180“ podle učebnice A. V. Peryškina, na pohyblivém bloku „obr. 183“ pozici 1 nakreslete páku s nestejnými rameny OAB, jako na „Obr. 180“, a začněte zvedat břemeno z polohy 1 do polohy 2. Ve stejném okamžiku se blok začne otáčet proti směru hodinových ručiček kolem své osy v bodě A a bodu B. , konec páky, za kterým dochází ke zdvihu, vychází za půlkruh, po kterém lanko zespodu obepíná pohybující se blok. Bod O - os páky, která by měla být nehybná, jde dolů, viz „Obr. 183“ - poloha 2, tj. páka s nestejnými rameny OAB se mění jako páka se stejnými rameny (body O a B procházejí stejně. cesty).

Na základě údajů získaných v experimentu č. 1 o změnách polohy páky OAB na pohyblivém bloku při zvedání břemene z polohy 1 do polohy 2 můžeme usoudit, že znázornění pohyblivého bloku jako páky s nestejnými rameny na „Obr. 180“, při zvedání břemene s otáčením bloku kolem jeho osy odpovídá páce se stejnými rameny, která při zvedání břemene neposkytuje nárůst síly.

Pokus č. 2 zahájíme tak, že na konce kabelu připevníme dynamometry, na které zavěsíme pohyblivý blok se zátěží o hmotnosti 102 g, což odpovídá tíhové síle 1 N. Jeden z konců zafixujeme lano na závěsu a pomocí druhého konce lana zvedneme břemeno na pohyblivém bloku. Před výstupem byly hodnoty obou dynamometrů na začátku výstupu každý 0,5 N, hodnoty dynamometru, u kterého došlo ke stoupání, se změnily na 0,6 N a zůstaly tak i na konci výstupu; hodnoty se vrátily na 0,5 N. Údaje dynamometru, fixovaného pro pevné zavěšení, se během náběhu nezměnily a zůstaly rovné 0,5 N. Analyzujme výsledky experimentu:

1. Před zvedáním, kdy břemeno 1 N (102 g) visí na pohyblivém bloku, se váha břemene rozloží na celé kolo a přenese se na lano, které zespodu blok obepíná pomocí celého půlkruhu kolo.
2. Před zvedáním jsou údaje obou dynamometrů 0,5 N, což udává rozložení hmotnosti zátěže 1 N (102 g) na dvě části lana (před a za blokem) nebo že tažná síla lanka je 0,5 N, a je po celé délce kabelu stejný (stejný na začátku, stejný na konci kabelu) - obě tato tvrzení jsou pravdivá.

Porovnejme analýzu experimentu č. 2 s učebnicovými verzemi o získání 2-násobného nárůstu síly pomocí pohyblivého bloku. Začněme tvrzením v učebnici Gendensteina L.E. „... že na kvádr působí tři síly: tíha břemene P směřující dolů a dvě stejné tažné síly lana směřující nahoru (obr. 24.5). .“ Přesnější by bylo říci, že hmotnost břemene na „obr. 14,5" byl rozdělen do dvou částí kabelu, před a za blokem, protože napínací síla kabelu je jedna. Zbývá analyzovat podpis pod „obr. 181“ z učebnice A. V. Peryshkin „Kombinace pohyblivých a pevných bloků - kladkostroj“. Popis zařízení a nárůstu síly při zvedání břemene kladkou je uveden v Elementární učebnici fyziky, ed. Lansberg G.S., kde se říká: „Každý kus lana mezi bloky bude působit na pohybující se břemeno silou T a všechny kusy lana budou působit silou nT, kde n je počet samostatných částí lana spojujících oba části bloku." Ukazuje se, že pokud na „obr. 181“ aplikujeme zesílení síly s „lanem spojujícím obě části“ kladky ze Základní učebnice fyziky G. S. Landsberga, pak popis zesílení síly s pohyblivým blokem. na „Obr. 179“ a podle toho na Obr. 180“ by byla chyba.

Po analýze čtyř učebnic fyziky můžeme dojít k závěru, že stávající popis toho, jak jednoduchý blokový mechanismus vyvolává zesílení síly, neodpovídá skutečnému stavu věcí, a proto vyžaduje nový popis fungování jednoduchého blokového mechanismu.

Jednoduchý zvedací mechanismus sestává z bloku a kabelu (lana nebo řetězu).

Bloky tohoto zvedacího mechanismu se dělí na:

podle návrhu na jednoduché a složité;

podle způsobu zvedání břemen na pohyblivá a stacionární.

Začněme se seznamovat s návrhem bloků s jednoduchý blok, což je kolo rotující kolem své osy, s drážkou po obvodu pro lanko (lano, řetěz) obr. 1 a lze ji považovat za rovnoramennou páku, ve které jsou ramena sil rovna poloměru kolo: OA=OB=r. Takový blok neposkytuje zisk na síle, ale umožňuje změnit směr pohybu kabelu (lano, řetěz).

Dvojitý blok sestává ze dvou bloků různých poloměrů, pevně spojených a namontovaných společná osa Obr.2. Poloměry kvádrů r1 a r2 jsou různé a při zvedání břemene působí jako páka s nestejnými rameny a zesílení síly se bude rovnat poměru délek poloměrů kvádru většího průměru k blok menšího průměru F = Р·r1/r2.

Brána sestává z válce (bubnu) a k němu připojené rukojeti, která funguje jako blok velký průměr, Přírůstek síly daný obojkem je určen poměrem poloměru kružnice R popsané rukojetí k poloměru válce r, na kterém je lano navinuto F = Р·r/R.

Přejděme k metodě zvedání břemene pomocí špalíků. Z popisu návrhu mají všechny bloky osu, kolem které se otáčejí. Pokud je osa kvádru pevná a při zvedání břemen se nezvedá ani neklesá, pak se takový kvádr nazývá pevný blok jednoblok, dvoublok, brána.

U pohyblivý blok náprava stoupá a klesá spolu s břemenem (obr. 10) a je určena zejména k eliminaci ohybu lana v místě zavěšení břemene.

Seznámíme se se zařízením a způsobem zvedání břemene druhou částí jednoduchého zdvihacího mechanismu je lano, lano nebo řetěz. Kabel je vyroben z ocelových drátů, lano je vyrobeno z nití nebo pramenů a řetěz se skládá z článků navzájem spojených.

Způsoby zavěšení břemene a získání síly při zvedání břemene pomocí kabelu:

Na Obr. 4, náklad je upevněn na jednom konci kabelu, a pokud zvednete náklad za druhý konec kabelu, pak ke zvednutí tohoto nákladu budete potřebovat sílu o něco větší, než je hmotnost nákladu, protože jednoduchý blok nárůstu síly nedává F = P.

Na obr. 5 zvedá pracovník břemeno lanem, které obepíná jednoduchý blok shora, na jednom konci první části lana je sedák, na kterém sedí pracovník, a na druhé části lana; pracovník se zvedá silou 2krát menší, než je jeho hmotnost, protože váha pracovníka byla rozdělena na dvě části kabelu, první - od sedadla k bloku a druhý - od bloku k rukám pracovníka F = P/2.

Na obr. 6 je břemeno zvednuto dvěma pracovníky pomocí dvou lan a hmotnost břemene bude rovnoměrně rozložena mezi lany a tedy každý pracovník zvedne břemeno silou poloviční hmotnosti břemene F = P/ 2.

Na obr. 7 pracovníci zvedají břemeno, které visí na dvou částech jednoho lana a hmotnost břemene bude rovnoměrně rozložena mezi části tohoto lana (jako mezi dvěma lany) a každý pracovník bude břemeno zvedat silou. rovná polovině hmotnosti břemene F = P/2.

Na obr. 8 byl konec lana, kterým jeden z pracovníků zvedal břemeno, zajištěn na stacionárním závěsu a hmotnost břemene byla rozložena na dvě části lana a při zvednutí lana zatížení druhým koncem lana, síla, kterou by pracovník břemeno zvedl, se zdvojnásobila menší hmotnost zátěž F = P/2 a zvedání zátěže bude 2x pomalejší.

Na obr. 9 visí břemeno na 3 částech jednoho lana, jehož jeden konec je pevný a zesílení síly při zvedání břemene se bude rovnat 3, jelikož hmotnost břemene bude rozložena na tři části lana. kabel F = P/3.

Pro eliminaci ohybu a snížení třecí síly je v místě zavěšení břemene instalován jednoduchý blok a síla potřebná ke zvednutí břemene se nezměnila, protože jednoduchý blok neposkytuje zisk na pevnosti (obr. 10 a obr. 11) a bude volán samotný blok pohyblivý blok, protože osa tohoto bloku stoupá a klesá spolu s nákladem.

Teoreticky lze břemeno zavěsit na neomezený počet dílů jednoho lana, ale v praxi jsou omezeny na šest dílů a takový zvedací mechanismus je tzv. řetězový kladkostroj, která se skládá z pevné a pohyblivé spony s jednoduchými bloky, které jsou střídavě obepnuty lankem, jeden konec je připevněn k pevné sponě a pomocí druhého konce lana se zvedá břemeno. Přírůstek pevnosti závisí na počtu dílů kabelu mezi pevnou a pohyblivou klecí, zpravidla je to 6 dílů kabelu a přírůstek pevnosti je 6násobný.

Článek zkoumá reálné interakce mezi bloky a kabelem při zvedání břemene. Stávající praxe při určování, že „pevný blok nezvýší pevnost, ale pohyblivý blok zvýší sílu 2krát“, chybně interpretovala interakci kabelu a bloku v zvedací mechanismus a neodrážely plnou rozmanitost blokových návrhů, což vedlo k rozvoji jednostranných chybných představ o bloku. Ve srovnání se stávajícími objemy materiálu pro studium jednoduchého blokového mechanismu se objem článku zvýšil 2krát, což však umožnilo jasně a srozumitelně vysvětlit procesy probíhající v jednoduchém zdvihacím mechanismu nejen studentům, ale také učitelům.

Literatura:

1. Pyryshkin, A.V. Fyzika: učebnice / A.V., přídavné - M.: Drop, 224 s.,: nemoc. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Aplikace pravidla rovnováhy páky na blok, s. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fyzika. 7. třída. Za 2 hodiny 1. díl. Učebnice pro vzdělávací instituce / L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; upravil V. A. Orlová, I. I. Roizen - 2. vyd., přepracováno. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 s.: nemoc. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Jednoduché mechanismy, s. 188–196.
3. Elementární učebnice fyziky, upravená akademikem G. S. Landsbergem 1. díl. Mechanika. Teplo. Molekulární fyzika - 10. vyd. - M.: Nauka, 1985. § 84. Jednoduché stroje, s. 168–175.
4. Gromov, S. V. Fyzika: Učebnice. pro 7. třídu obecné vzdělání instituce / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. vyd. - M.: Vzdělávání, 2001.-158 s.,: ill. ISBN-5–09–010349–6. §22. Blok, str.55 -57.

Klíčová slova: blok, dvojitý blok, pevný blok, pohyblivý blok, kladkostroj..

Anotace: Učebnice fyziky pro 7. ročník při studiu jednoduchého blokového mechanismu různě interpretují zesílení síly při zvedání břemene pomocí tohoto mechanismu, např.: v učebnici A. V. Peryškina je zesílení síly dosaženo pomocí kolečka bloku, na který působí síly páky, a v učebnici Gendensteina L.E. je stejný zisk získán pomocí lanka, na které působí tažná síla lanka. Různé učebnice, různé předměty a různé síly – získat nárůst síly při zvedání břemene. Účelem tohoto článku je proto hledat předměty a síly, s jejichž pomocí se získává nárůst síly při zvedání břemene jednoduchým blokovým mechanismem.

Nejčastěji se k získání moci používají jednoduché mechanismy. To znamená použití menší síly k přesunu větší hmotnosti v porovnání s ní. Zároveň se nárůstu síly nedosahuje „zadarmo“. Cena za to je ztráta na dálku, to znamená, že musíte udělat větší pohyb než bez použití jednoduchého mechanismu. Když jsou však síly omezené, pak je „výměna“ vzdálenosti za sílu prospěšná.

Pohyblivé a pevné bloky jsou dva typy jednoduchých mechanismů. Navíc jsou upravenou pákou, která je zároveň jednoduchým mechanismem.

Pevný blok nezískává sílu, pouze mění směr své aplikace. Představte si, že potřebujete zvednout těžký náklad pomocí lana. Budete to muset vytáhnout. Ale pokud používáte stacionární blok, budete muset táhnout dolů, zatímco náklad stoupá nahoru. V tomto případě to pro vás bude jednodušší, protože požadovaná síla se bude skládat ze svalové síly a vaší hmotnosti. Bez použití stacionárního bloku by musela být aplikována stejná síla, ale bylo by jí dosaženo výhradně svalovou silou.

Pevný blok je kolečko s drážkou pro lano. Kolo je pevné, může se otáčet kolem své osy, ale nemůže se pohybovat. Konce lana (lanka) visí dolů, na jeden je připevněna zátěž a na druhý působí síla. Pokud zatáhnete za kabel dolů, zátěž se zvedne.

Vzhledem k tomu, že nedochází k nárůstu síly, nedochází ke ztrátě vzdálenosti. Na vzdálenost, o kterou se náklad zvedne, musí být lano spuštěno ve stejné vzdálenosti.

Používání pohyblivý blok dává nárůst síly dvakrát (ideálně). To znamená, že pokud je hmotnost břemene F, pak pro jeho zvednutí musí být aplikována síla F/2. Pohyblivý blok se skládá ze stejného kolečka s drážkou pro kabel. Jeden konec lanka je zde však upevněn a kolo je pohyblivé. Kolo se pohybuje s nákladem.

Hmotnost břemene je síla směřující dolů. Je vyvážen dvěma silami směrem vzhůru. Jeden je tvořen podpěrou, ke které je připevněn kabel, a druhý tahem kabelu. Tažná síla kabelu je na obou stranách stejná, což znamená, že hmotnost břemene je mezi ně rovnoměrně rozložena. Každá síla je tedy 2x menší než hmotnost břemene.

V reálných situacích je nárůst síly menší než 2krát, protože zvedací síla je částečně „plýtvána“ hmotností lana a bloku, stejně jako tření.

Pohybující se blok, i když poskytuje téměř dvojnásobný nárůst síly, způsobuje dvojnásobnou ztrátu vzdálenosti. Pro zvednutí břemene do určité výšky h se musí lana na každé straně kvádru zmenšit o tuto výšku, to znamená, že celková doba je 2h.

Typicky se používají kombinace pevných a pohyblivých bloků - kladkostroje. Umožňují vám získat sílu a směr. Čím více pohyblivých bloků je v řetězovém kladkostroji, tím větší je nárůst síly.