• Ինտերիեր
• Պատուհան
• Պատեր
• Նախագծեր
• Շենքերը

Արդյո՞ք անշարժ բլոկը ուժ է տալիս: Հետազոտական ​​աշխատանք «Բլոկների միջոցով ուժի ձեռքբերումներ» (7-րդ դասարան): Մեկ շարժվող բլոկներ

Բլոկները դասակարգվում են որպես պարզ մեխանիզմներ. Բացի բլոկներից, այս սարքերի խումբը, որը ծառայում է ուժի փոխակերպմանը, ներառում է լծակ և թեք հարթություն:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Արգելափակել- կոշտ մարմին, որը կարող է պտտվել ֆիքսված առանցքի շուրջ:

Բլոկները պատրաստվում են սկավառակների (անիվներ, ցածր բալոններ և այլն) տեսքով, որոնք ունեն ակոս, որով անցնում են պարան (իրան, պարան, շղթա)։

Ֆիքսված առանցքով բլոկը կոչվում է անշարժ (նկ. 1): Բեռը բարձրացնելիս չի շարժվում։ Ֆիքսված բլոկը կարելի է դիտարկել որպես լծակ, որն ունի հավասար թեւեր:

Բլոկի հավասարակշռության պայմանը դրա վրա կիրառվող ուժերի մոմենտների հավասարակշռության պայմանն է.

Նկար 1-ի բլոկը կլինի հավասարակշռության մեջ, եթե թելերի լարվածության ուժերը հավասար են.

քանի որ այս ուժերի ուսերը նույնն են (OA=OB): Անշարժ բլոկը ուժի ավելացում չի ապահովում, բայց թույլ է տալիս փոխել ուժի ուղղությունը: Վերևից եկող պարանից քաշելը հաճախ ավելի հարմար է, քան ներքևից եկող պարանը։

Եթե ​​ամրացված բլոկի վրայով նետված պարանի մի ծայրին կապված բեռի զանգվածը հավասար է մ-ի, ապա այն բարձրացնելու համար ճոպանի մյուս ծայրին պետք է կիրառվի F ուժ, որը հավասար է.

պայմանով, որ մենք հաշվի չենք առնում բլոկի շփման ուժը: Եթե ​​անհրաժեշտ է հաշվի առնել բլոկի շփումը, ապա մուտքագրեք դիմադրության գործակիցը (k), ապա.

Հարթ, ֆիքսված հենարանը կարող է ծառայել որպես բլոկի փոխարինում: Նման հենարանի վրայով գցվում է պարան (պարան), որը սահում է հենարանի երկայնքով, բայց միաժամանակ մեծանում է շփման ուժը։

Անշարժ բլոկը աշխատանքի մեջ ոչ մի օգուտ չի տալիս։ Ուժերի կիրառման կետերով անցած ուղիները նույնն են՝ ուժին հավասար, հետևաբար՝ աշխատանքին։

Առանց օգտագործելու ուժ ձեռք բերելու համար շարժվող բլոկներօգտագործեք բլոկների համադրություն, օրինակ, կրկնակի բլոկ: Երբ բլոկները պետք է ունենան տարբեր տրամագծեր. Նրանք անշարժ կապված են միմյանց հետ և ամրացված են մեկ առանցքի վրա: Յուրաքանչյուր բլոկի վրա մի պարան է ամրացվում, որպեսզի այն կարողանա փաթաթվել բլոկի շուրջը կամ դուրս գալ առանց սահելու: Ուժերի ուսերն այս դեպքում անհավասար են լինելու։ Կրկնակի ճախարակը գործում է որպես լծակ՝ տարբեր երկարությունների թեւերով: Նկար 2-ը ցույց է տալիս կրկնակի բլոկի դիագրամ:

Նկար 2-ի լծակի հավասարակշռության պայմանը կլինի բանաձևը.

Կրկնակի բլոկը կարող է փոխակերպել ուժը: Ավելի փոքր ուժ կիրառելով մեծ շառավղով շրջափակված պարանի վրա, ստացվում է ուժ, որը գործում է ավելի փոքր շառավղով շրջափակված պարանի կողքին:

Շարժվող բլոկը բլոկ է, որի առանցքը շարժվում է բեռի հետ միասին: Նկ. 2, շարժական բլոկը կարելի է համարել որպես լծակ՝ տարբեր չափերի թեւերով։ Այս դեպքում O կետը լծակի հենակետն է: OA - ուժի թև; OB - ուժի թեւ: Եկեք նայենք Նկ. 3. Ուժային թեւը երկու անգամ մեծ է ուժային թևից, հետևաբար, հավասարակշռության համար անհրաժեշտ է, որ F ուժի մեծությունը լինի P ուժի մեծության կեսը.

Կարելի է եզրակացնել, որ շարժվող բլոկի օգնությամբ մենք ուժի կրկնակի ավելացում ենք ստանում։ Շարժվող բլոկի հավասարակշռության պայմանը մենք գրում ենք՝ առանց հաշվի առնելու շփման ուժը հետևյալ կերպ.

Եթե ​​փորձենք հաշվի առնել բլոկի շփման ուժը, ապա մուտքագրում ենք բլոկի դիմադրության գործակիցը (k) և ստանում.

Երբեմն օգտագործվում է շարժական և ֆիքսված բլոկի համադրություն: Այս համակցությամբ հարմարության համար օգտագործվում է ֆիքսված բլոկ: Այն չի ապահովում ուժի ավելացում, բայց թույլ է տալիս փոխել ուժի ուղղությունը: Կիրառվող ուժի չափը փոխելու համար օգտագործվում է շարժվող բլոկ: Եթե ​​բլոկը շրջապատող պարանի ծայրերը հորիզոնի հետ հավասար անկյուններ են կազմում, ապա բեռի վրա ազդող ուժի հարաբերությունը մարմնի քաշին հավասար է բլոկի շառավիղի և աղեղի ակորդի հարաբերությանը։ պարանը պարուրում է. Եթե ​​պարանները զուգահեռ են, ապա բեռը բարձրացնելու համար անհրաժեշտ ուժը կպահանջվի երկու անգամ ավելի քիչ, քան բարձրացվող բեռի քաշը:

Մեխանիկայի ոսկե կանոն

Պարզ մեխանիզմները ձեզ շահույթ չեն տալիս աշխատանքում։ Ինչքան ուժ ենք ստանում, նույնքան էլ կորցնում ենք հեռավորության վրա։ Քանի որ աշխատանքը հավասար է ուժի և տեղաշարժի սկալյար արտադրյալին, հետևաբար, այն չի փոխվի շարժական (ինչպես նաև անշարժ) բլոկներ օգտագործելիս:

Բանաձևի տեսքով «ոսկե կանոնը» կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

որտեղ - ուժի կիրառման կետով անցած ճանապարհը - ուժի կիրառման կետի անցած ճանապարհը:

Ոսկե կանոնէներգիայի պահպանման օրենքի ամենապարզ ձևակերպումն է։ Այս կանոնը վերաբերում է մեխանիզմների միատեսակ կամ գրեթե միատեսակ շարժման դեպքերին։ Ճոպանների ծայրերի փոխադրական հեռավորությունները կապված են բլոկների ( և ) շառավղների հետ, ինչպես.

Մենք ստանում ենք, որ կրկնակի բլոկի «ոսկե կանոնը» կատարելու համար անհրաժեշտ է.

Եթե ​​ուժերը հավասարակշռված են, ապա բլոկը գտնվում է հանգստի վիճակում կամ շարժվում է միատեսակ:

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

ՕՐԻՆԱԿ 2

Բլոկը լծակի տեսակ է.

Նկ.1. Ընդհանուր ձևարգելափակել

Բլոկները բաժանված են շարժական և ֆիքսված:

Անշարժ բլոկի առանցքը ամրացված է բեռը բարձրացնելիս կամ իջեցնելիս, այն չի բարձրանում կամ ընկնում: Բեռի ծանրությունը, որը մենք բարձրացնում ենք, կնշանակվի P-ով, կիրառվող ուժը կնշանակվի F-ով, իսկ հենակետային կետը՝ O-ով (նկ. 2):

Նկ.2. Ֆիքսված բլոկ

P ուժի թեւը կլինի OA հատվածը (ուժի թեւ լ 1), ուժային թև F հատված OB (ուժային թեւ լ 2) (նկ. 3): Այս հատվածները անիվի շառավիղներն են, ապա թեւերը հավասար են շառավղին։ Եթե ​​ուսերը հավասար են, ապա բեռի քաշը և այն ուժը, որը մենք կիրառում ենք բարձրացնելու համար, թվայինորեն հավասար են:

Նկ.3. Ֆիքսված բլոկ

Նման բլոկը չի ապահովում ուժի շահույթ: Սրանից մենք կարող ենք եզրակացնել, որ նպատակահարմար է օգտագործել անշարժ բլոկ, ավելի հեշտ է բարձրացնել բեռը դեպի վեր, օգտագործելով ուժ, որն ուղղված է դեպի ներքև:

Սարք, որի առանցքը կարելի է բարձրացնել և իջեցնել ծանրաբեռնվածությամբ: Գործողությունը նման է լծակի գործողությանը (նկ. 4):

Բրինձ. 4. Շարժական բլոկ

Այս բլոկը գործարկելու համար ճոպանի մի ծայրը ամրացված է, մյուս ծայրին F ուժ է կիրառվում՝ P ծանրության բեռը բարձրացնելու համար, բեռը կցվում է A կետին: Պտտման ընթացքում հենակետը կլինի O կետը, քանի որ ամեն անգամ շարժման պահին բլոկը պտտվում է, իսկ O կետը ծառայում է որպես հենակետ (նկ. 5):

Բրինձ. 5. Շարժական բլոկ

F ուժային թեւի արժեքը երկու շառավիղ է։

P ուժային թեւի արժեքը մեկ շառավիղ է։

Ուժերի թեւերը տարբերվում են ըստ լծակի հավասարակշռության կանոնի, ուժերը տարբերվում են երկու գործակցով. P ծանրության բեռը բարձրացնելու համար անհրաժեշտ ուժը կկազմի բեռի քաշի կեսը: Շարժական բլոկը ուժի առավելություն է տալիս կրկնակի:

Գործնականում բլոկների համակցությունները օգտագործվում են բարձրացնելու համար կիրառվող ուժի գործողության ուղղությունը փոխելու և այն կիսով չափ նվազեցնելու համար (նկ. 6):

Բրինձ. 6. Շարժական և անշարժ բլոկների համադրություն

Դասի ընթացքում ծանոթացանք անշարժ և շարժական բլոկի կառուցվածքին և իմացանք, որ բլոկները լծակների տեսակներ են։ Այս թեմայի շուրջ խնդիրները լուծելու համար անհրաժեշտ է հիշել լծակի հավասարակշռության կանոնը. ուժերի հարաբերակցությունը հակադարձ համեմատական ​​է այդ ուժերի զենքերի հարաբերակցությանը:

1. Լուկաշիկ Վ.Ի., Իվանովա Է.Վ. Հանրակրթական հաստատությունների 7-9-րդ դասարանների ֆիզիկայի խնդիրների ժողովածու. - 17-րդ հրատ. - Մ.: Կրթություն, 2004:
2. Պերիշկին Ա.Վ. Ֆիզիկա. 7-րդ դասարան - 14-րդ հրատ., կարծրատիպ. - Մ.: Բուստարդ, 2010:
3. Պերիշկին Ա.Վ. Ֆիզիկայի խնդիրների ժողովածու, 7-9 դասարաններ. 5-րդ հրատ., կարծրատիպ. - M: Հրատարակչություն «Քննություն», 2010 թ.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. School.xvatit.com ().
3. Scienceland.info().

Տնային աշխատանք

1. Ինքներդ պարզեք, թե ինչ է շղթայական ամբարձիչը և ինչ ուժ է տալիս այն:
2. Որտե՞ղ են օգտագործվում ֆիքսված և շարժական բլոկները առօրյա կյանքում:
3. Ի՞նչն է ավելի հեշտ վեր բարձրանալը՝ պարանով բարձրանալը, թե՞ անշարժ բլոկի միջոցով բարձրանալը:

Շարժվող բլոկը տարբերվում է անշարժ բլոկից նրանով, որ դրա առանցքը ամրացված չէ, և այն կարող է բարձրանալ և ընկնել բեռի հետ մեկտեղ:

Նկար 1. Շարժական բլոկ

Ֆիքսված բլոկի նման, շարժվող բլոկը բաղկացած է նույն անիվից՝ մալուխի համար ակոսով: Այնուամենայնիվ, մալուխի մի ծայրը ամրացված է այստեղ, իսկ անիվը շարժական է: Անիվը շարժվում է բեռի հետ:

Ինչպես նշել է Արքիմեդը, շարժական բլոկը, ըստ էության, լծակ է և աշխատում է նույն սկզբունքով՝ ուժի ավելացում տալով ուսերի տարբերության պատճառով։

Նկար 2. Ուժեր և ուժեր շարժվող բլոկում

Շարժվող բլոկը շարժվում է բեռի հետ միասին, կարծես պարանի վրա պառկած լինի։ Այս դեպքում հենակետը ժամանակի յուրաքանչյուր պահին կլինի բլոկի շփման կետում պարանի մի կողմից, բեռի ազդեցությունը կկիրառվի բլոկի կենտրոնի վրա, որտեղ այն կցված է առանցքին: , իսկ ձգողական ուժը կկիրառվի բլոկի մյուս կողմում գտնվող պարանի հետ շփման կետում : Այսինքն՝ մարմնի քաշի ուսը կլինի բլոկի շառավիղը, իսկ մեր մղման ուժի ուսը՝ տրամագիծը։ Պահի կանոնն այս դեպքում կունենա հետևյալ տեսքը.

$$mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = մգ/2$$

Այսպիսով, շարժական բլոկը տալիս է կրկնակի ամրություն:

Սովորաբար գործնականում օգտագործվում է ֆիքսված բլոկի և շարժականի համադրություն (նկ. 3): Ֆիքսված բլոկը օգտագործվում է միայն հարմարության համար: Այն փոխում է ուժի ուղղությունը՝ թույլ տալով, օրինակ, բարձրացնել բեռը գետնին կանգնած ժամանակ, իսկ շարժական բլոկն ապահովում է ուժի ավելացում։

Նկար 3. Ֆիքսված և շարժվող բլոկների համադրություն

Մենք ուսումնասիրեցինք իդեալական բլոկներ, այսինքն՝ նրանք, որոնցում շփման ուժերի գործողությունը հաշվի չի առնվել։ Իրական բլոկների համար անհրաժեշտ է ներմուծել ուղղիչ գործոններ: Օգտագործվում են հետևյալ բանաձևերը.

Ֆիքսված բլոկ

$F = f 1/2 մգ $

Այս բանաձևերում $F$-ը կիրառվող արտաքին ուժն է (սովորաբար մարդու ձեռքերի ուժը), $m$-ը բեռի զանգվածն է, $g$-ը ձգողականության գործակիցն է, $f$-ը բլոկի դիմադրության գործակիցն է։ (շղթաների համար մոտավորապես 1,05, իսկ պարանների համար՝ 1,1):

Օգտագործելով շարժական և անշարժ բլոկների համակարգ՝ բեռնիչը բարձրացնում է գործիքների տուփը $S_1$ = 7 մ բարձրության վրա՝ կիրառելով $F$ = 160 N ուժ։ Որքա՞ն է տուփի զանգվածը և քանի՞ մետր պարան։ արդյո՞ք պետք է հեռացվի բեռը բարձրացնելիս: Ի՞նչ աշխատանք կկատարի բեռնիչը արդյունքում: Համեմատեք այն բեռի վրա կատարված աշխատանքի հետ այն տեղափոխելու համար: Անտեսեք շարժվող բլոկի շփումը և զանգվածը:

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Շարժական բլոկը տալիս է ուժի կրկնակի աճ և շարժման կրկնակի կորուստ: Անշարժ բլոկը ուժի մեջ չի ապահովում, բայց փոխում է իր ուղղությունը: Այսպիսով, կիրառվող ուժը կկրկնապատկվի ավելի քիչ քաշծանրաբեռնվածություն՝ $F = 1/2P = 1/2mg$, որտեղից գտնում ենք տուփի զանգվածը՝ $m=\frac(2F)(g)=\frac(2\cdot 160)(9.8)=32.65\ կգ $

Բեռի շարժումը կկազմի ընտրված պարանի երկարության կեսը.

Բեռնիչի կատարած աշխատանքը հավասար է կիրառվող ուժի և բեռի շարժման արտադրյալին՝ $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $։

Բեռի վրա կատարված աշխատանքը.

Պատասխան՝ տուփի զանգվածը 32,65 կգ է։ Ընտրված ճոպանի երկարությունը 14 մ է Կատարված աշխատանքը 2240 Ջ է և կախված չէ բեռը բարձրացնելու եղանակից, այլ միայն բեռի զանգվածից և վերելակի բարձրությունից։

Խնդիր 2

Ի՞նչ բեռ կարելի է բարձրացնել 20 Ն կշռող շարժվող բլոկի միջոցով, եթե պարանը քաշվում է 154 Ն ուժով:

Եկեք գրենք շարժվող բլոկի պահի կանոնը՝ $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, որտեղ $f$-ը ճոպանի ուղղման գործակիցն է։

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

Պատասխան՝ բեռի քաշը 260 Ն է։

Շարժվող բլոկը տարբերվում է անշարժ բլոկից նրանով, որ դրա առանցքը ամրացված չէ, և այն կարող է բարձրանալ և ընկնել բեռի հետ մեկտեղ:

Նկար 1. Շարժական բլոկ

Ֆիքսված բլոկի նման, շարժվող բլոկը բաղկացած է նույն անիվից՝ մալուխի համար ակոսով: Այնուամենայնիվ, մալուխի մի ծայրը ամրացված է այստեղ, իսկ անիվը շարժական է: Անիվը շարժվում է բեռի հետ:

Ինչպես նշել է Արքիմեդը, շարժական բլոկը, ըստ էության, լծակ է և աշխատում է նույն սկզբունքով՝ ուժի ավելացում տալով ուսերի տարբերության պատճառով։

Նկար 2. Ուժեր և ուժեր շարժվող բլոկում

Շարժվող բլոկը շարժվում է բեռի հետ միասին, կարծես պարանի վրա պառկած լինի։ Այս դեպքում հենակետը ժամանակի յուրաքանչյուր պահին կլինի բլոկի շփման կետում պարանի մի կողմից, բեռի ազդեցությունը կկիրառվի բլոկի կենտրոնի վրա, որտեղ այն կցված է առանցքին: , իսկ ձգողական ուժը կկիրառվի բլոկի մյուս կողմում գտնվող պարանի հետ շփման կետում : Այսինքն՝ մարմնի քաշի ուսը կլինի բլոկի շառավիղը, իսկ մեր մղման ուժի ուսը՝ տրամագիծը։ Պահի կանոնն այս դեպքում կունենա հետևյալ տեսքը.

$$mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = մգ/2$$

Այսպիսով, շարժական բլոկը տալիս է կրկնակի ամրություն:

Սովորաբար գործնականում օգտագործվում է ֆիքսված բլոկի և շարժականի համադրություն (նկ. 3): Ֆիքսված բլոկը օգտագործվում է միայն հարմարության համար: Այն փոխում է ուժի ուղղությունը՝ թույլ տալով, օրինակ, բարձրացնել բեռը գետնին կանգնած ժամանակ, իսկ շարժական բլոկն ապահովում է ուժի ավելացում։

Նկար 3. Ֆիքսված և շարժվող բլոկների համադրություն

Մենք ուսումնասիրեցինք իդեալական բլոկներ, այսինքն՝ նրանք, որոնցում շփման ուժերի գործողությունը հաշվի չի առնվել։ Իրական բլոկների համար անհրաժեշտ է ներմուծել ուղղիչ գործոններ: Օգտագործվում են հետևյալ բանաձևերը.

Ֆիքսված բլոկ

$F = f 1/2 մգ $

Այս բանաձևերում $F$-ը կիրառվող արտաքին ուժն է (սովորաբար մարդու ձեռքերի ուժը), $m$-ը բեռի զանգվածն է, $g$-ը ձգողականության գործակիցն է, $f$-ը բլոկի դիմադրության գործակիցն է։ (շղթաների համար մոտավորապես 1,05, իսկ պարանների համար՝ 1,1):

Օգտագործելով շարժական և անշարժ բլոկների համակարգ՝ բեռնիչը բարձրացնում է գործիքների տուփը $S_1$ = 7 մ բարձրության վրա՝ կիրառելով $F$ = 160 N ուժ։ Որքա՞ն է տուփի զանգվածը և քանի՞ մետր պարան։ արդյո՞ք պետք է հեռացվի բեռը բարձրացնելիս: Ի՞նչ աշխատանք կկատարի բեռնիչը արդյունքում: Համեմատեք այն բեռի վրա կատարված աշխատանքի հետ այն տեղափոխելու համար: Անտեսեք շարժվող բլոկի շփումը և զանգվածը:

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Շարժական բլոկը տալիս է ուժի կրկնակի աճ և շարժման կրկնակի կորուստ: Անշարժ բլոկը ուժի մեջ չի ապահովում, բայց փոխում է իր ուղղությունը: Այսպիսով, կիրառվող ուժը կլինի բեռի քաշի կեսը՝ $F = 1/2P = 1/2mg$, որտեղից մենք գտնում ենք տուփի զանգվածը՝ $m=\frac(2F)(g)=\frac։ (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ կգ$

Բեռի շարժումը կկազմի ընտրված պարանի երկարության կեսը.

Բեռնիչի կատարած աշխատանքը հավասար է կիրառվող ուժի և բեռի շարժման արտադրյալին՝ $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $։

Բեռի վրա կատարված աշխատանքը.

Պատասխան՝ տուփի զանգվածը 32,65 կգ է։ Ընտրված ճոպանի երկարությունը 14 մ է Կատարված աշխատանքը 2240 Ջ է և կախված չէ բեռը բարձրացնելու եղանակից, այլ միայն բեռի զանգվածից և վերելակի բարձրությունից։

Խնդիր 2

Ի՞նչ բեռ կարելի է բարձրացնել 20 Ն կշռող շարժվող բլոկի միջոցով, եթե պարանը քաշվում է 154 Ն ուժով:

Եկեք գրենք շարժվող բլոկի պահի կանոնը՝ $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, որտեղ $f$-ը ճոպանի ուղղման գործակիցն է։

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

Պատասխան՝ բեռի քաշը 260 Ն է։