تستخدم الكتل لرفع الأحمال. كتلة هو عجلة مع شلال ، التي شنت في قفص. يتم تمرير حبل أو كابل أو سلسلة من خلال مزراب القناة. ثابت   يسمون مثل هذه الكتلة ، محورها ثابت وعند رفع البضائع لا يرتفع أو يسقط (الشكل 1 ، أ ، ب).

يمكن اعتبار الكتلة الثابتة ذراعًا متساويًا ، حيث تساوي كتفي القوى المطبقة نصف قطر العجلة. لذلك ، يستنتج من قاعدة اللحظات أن الكتلة بلا حراك لا تعطي مكسبًا في القوة. انها تسمح لك لتغيير اتجاه القوة.

الشكل 2 ، أ ، ب كتلة متحركة   (محور الكتلة يرتفع ويسقط مع الحمل). تدور هذه الكتلة حول المحور اللحظي O. ستكون قاعدة لحظات النموذج لها

وبالتالي ، فإن الوحدة المنقولة تعطي مكاسب في القوة مرتين.

عادة في الممارسة العملية ، يتم استخدام مزيج من كتلة ثابتة مع كتلة متحركة (الشكل 3). الوحدة الثابتة للراحة فقط. إنه ، في تغيير اتجاه القوة ، يسمح ، على سبيل المثال ، برفع الحمل ، واقفًا على الأرض.

وصف الجهاز

الكتلة عبارة عن آلية بسيطة ، وهي عجلة بها أخدود حول محيط حبل أو سلسلة ، قادرة على الدوران بحرية حول محورها. ومع ذلك ، فإن الحبل الذي يتم إلقاؤه على غصن الأشجار هو أيضًا كتلة إلى حد ما.

لماذا نحتاج الكتل؟

بناءً على تصميمها ، يمكن أن تسمح لك الكتل بتغيير اتجاه القوة المطبقة (على سبيل المثال ، من أجل رفع حمولة معينة معلقة على حبل يتم إلقاؤه عبر غصن شجرة ، تحتاج إلى سحب الطرف الآخر من الحبل لأسفل ... أو إلى الجانب). في الوقت نفسه ، لن تعطي هذه الوحدة مكاسب في القوة. وتسمى هذه الكتل ثابت، نظرًا لأن محور دوران الكتلة ثابت بشكل صارم (بالطبع ، إذا لم ينكسر الفرع). وتستخدم هذه الكتل للراحة. على سبيل المثال ، عند رفع الحمل إلى ارتفاع ، يكون من الأسهل بكثير سحب حبل بحمل يتم إلقاؤه فوق الكتلةإلى تطبيق وزن جسمها عليها ، بدلاً من الوقوف في الأعلى وسحب الحمل بالحبل.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك كتل لا تسمح لك فقط بتغيير اتجاه القوة المطبقة ، ولكنها تعطي أيضًا مكاسب في القوة. هذه الكتلة تسمى متحرك   ويعمل عكس ذلك تمامًا من وحدة متحركة.

من أجل الحصول على مكسب في القوة ، من الضروري إصلاح أحد طرفي الحبل بحزم (على سبيل المثال ، ربطه بفرع). بعد ذلك ، يتم تثبيت عجلة ذات حبل معلقة يتم تعليق الحمل عليها على الحبل (يجب القيام بذلك بطريقة يمكن للعجلة ذات الحمل أن يركبها بحرية على طول حبلنا).الآن ، وسحب الطرف الحر للحبل لأعلى ، سنرى أن الكتلة ذات الحمل بدأت أيضًا في الارتفاع.

ستكون الجهود التي سنحتاج إلى إنفاقها لرفع الحمل بهذه الطريقة أقل بحوالي مرتين من وزن الحمل إلى جانب الوحدة. لسوء الحظ ، لا يسمح هذا النوع من البلوكات بتغيير اتجاه القوة على مدى واسع ، وبالتالي فإنه يستخدم غالبًا مع كتلة ثابتة (ثابتة جامدة).

وصف التجربة

في البداية ، يوضح الفيديو مبدأ حركة الكتلة الثابتة: يتم تعليق الأحمال من نفس الكتلة من كتلة ثابتة صلبة ، في حين أن الكتلة في حالة توازن. لكن قم فقط بتعليق وزن إضافي بمجرد أن تبدأ الميزة بشكل كبير.

علاوة على ذلك ، باستخدام نظام من الكتل المتحركة والثابتة ، نحاول تحقيق حالة توازن عن طريق اختيار العدد الأمثل للأوزان المعلقة من كلا الجانبين. نتيجة لذلك ، تتم موازنة الكتلة عندما يصبح عدد الأوزان المعلقة من الكتلة المنقولة أكبر من الأوزان المُعلَّقة من الطرف الحر للخيط.

وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج ذلك كتلة المحمول يعطي مكسب مزدوج في القوة.

انها مثيرة للاهتمام

هل تعلم أن الكتل المنقولة والثابتة تستخدم على نطاق واسع في تروس السيارات؟ بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الكتل من قِبل الصانعين لرفع الأحمال الكبيرة والصغيرة (جيدًا ، أو بحد ذاتها. على سبيل المثال ، عند إصلاح الواجهات الخارجية للمباني ، غالبًا ما يعمل البنائين في مهد يمكن أن يتنقلوا بين الطوابق. عند الانتهاء من العمل على الأرض ، يمكن للعمال تحريك المهد بسرعة الطابق أعلى ، وذلك باستخدام قوة واحدة فقط). الكتل منتشرة على نطاق واسع بسبب بساطة تجميعها وراحة العمل معها.

في الوقت الحالي ، نفترض أن كتلة الكتلة والكابل ، وكذلك الاحتكاك في الكتلة ، يمكن إهمالهما. في هذه الحالة ، يمكن اعتبار قوة شد الكابل كما هي في جميع أجزائها. بالإضافة إلى ذلك ، سننظر إلى أن الكابل لا يمكن فصله ، وكتلته لا تذكر.

كتلة ثابتة

يتم استخدام الكتلة الثابتة لتغيير اتجاه القوة. في التين. 24.1 ، يوضح كيفية استخدام الكتلة الثابتة لعكس اتجاه القوة. ومع ذلك ، مع مساعدتها ، يمكنك تغيير اتجاه القوة كما تريد.

ارسم مخططًا لاستخدام كتلة ثابتة ، يمكنك من خلالها تدوير اتجاه القوة بمقدار 90 درجة.

هل كتلة ثابتة تعطي مكاسب في القوة؟ النظر في هذا باستخدام المثال هو مبين في الشكل. 24.1 يتم سحب الكبل بواسطة القوة التي مارسها الصياد حتى النهاية الحرة للكابل. تظل قوة شد الكابل ثابتة على طول الكابل ، وبالتالي من جانب الكبل ، يتأثر الحمل (الأسماك) بنفس قوة المودولو. لذلك ، كتلة ثابتة لا تعطي زيادة في القوة.

عند استخدام وحدة ثابتة ، يرتفع الحمل بقدر سقوط نهاية الكبل ، والذي يطبق عليه الصياد بالقوة. هذا يعني أنه باستخدام كتلة ثابتة ، فإننا لا نفوز أو نخسر في الطريق.

وحدة منقولة

ضع التجربة

عند رفع حمولة بمساعدة كتلة متحركة خفيفة ، نلاحظ أنه إذا كان الاحتكاك منخفضًا ، ثم لرفع الحمل ، من الضروري تطبيق قوة تقل بحوالي ضعفين عن وزن الحمل (الشكل 24.3). وبالتالي ، فإن الوحدة المنقولة تعطي زيادة في القوة بمقدار 2 مرات.

التين. 24.3. عند استخدام وحدة الهاتف المحمول ، نفوز مرتين في القوة ، لكننا نفقد نفس العدد من المرات في الطريق

ومع ذلك ، من أجل تحقيق مكاسب مضاعفة في القوة ، يتعين عليك دفع نفس الخسارة في الطريق: من أجل رفع الحمل ، على سبيل المثال ، بمقدار 1 متر ، تحتاج إلى رفع نهاية الكبل الذي تم إلقاؤه فوق الكتلة بمقدار 2 متر.

يمكن إثبات حقيقة أن كتلة الحركة تعطي ربح مضاعف في القوة دون اللجوء إلى الخبرة (انظر أدناه القسم "لماذا تعطي كتلة الحركة ربحًا مضاعفًا في القوة؟").

كتلة   هو جهاز على شكل عجلة مع مزلق يمر عبره الحبل أو الكابل أو السلسلة. هناك نوعان رئيسيان من القطع - منقولة وبدون حراك. يتم تثبيت محور الكتلة الثابتة وعند رفع الأحمال فإنه لا يرتفع أو يسقط (الشكل 54) ، ولكن بالنسبة للكتلة المنقولة ، يتحرك المحور مع الحمل (الشكل 55).

الكتلة الثابتة لا تعطي زيادة في القوة.   يتم استخدامه من أجل تغيير اتجاه القوة. لذلك ، على سبيل المثال ، بتطبيق قوة هبوطية على حبل يتم إلقاؤه على مثل هذه الكتلة ، فإننا نجبر الحمل على الارتفاع (انظر الشكل 54). الوضع يختلف مع وحدة المنقولة. تتيح لك هذه الكتلة موازنة القوة بقوة صغيرة ، أكبر مرتين. لإثبات ذلك ، ننتقل إلى الشكل 56. عند تطبيق القوة F ، فإننا نسعى جاهدين لتدوير الكتلة حول محور يمر عبر النقطة O. لحظة هذه القوة تساوي المنتج Fl ، حيث l هي كتف القوة F ، مساوية لقطر وحدة OB. في الوقت نفسه ، فإن الحمل المتصل بالكتلة بوزنها P يخلق لحظة مساوية ، حيث يكون كتف القوة P مساوياً لنصف قطر الكتلة OA. حسب حكم اللحظات (21.2)

كما هو مطلوب لإثبات.

يستنتج من الصيغة (22.2) أن P / F \u003d 2. وهذا يعني ذلك الكسب في القوة التي تم الحصول عليها باستخدام الوحدة المتنقلة هو 2. تؤكد التجربة الموضحة في الشكل 57 هذا الاستنتاج.

في الممارسة العملية ، غالبًا ما يستخدم مزيج من كتلة متحركة مع كتلة ثابتة (الشكل 58). هذا يسمح لك بتغيير اتجاه القوة مع اكتساب قوة مضاعفة في وقت واحد.

للحصول على زيادة أكبر في القوة ، تسمى آلية الرفع كتلة بكرة. تتشكل الكلمة اليونانية "polyspast" من جذرتين: "poly" - الكثير و "spao" - أسحب ، بحيث يتحول بشكل عام إلى "multi-pull".

polyspast عبارة عن مزيج من مقطعين ، أحدهما يتكون من ثلاث كتل ثابتة ، والآخر من ثلاث كتل متحركة (الشكل 59). نظرًا لأن كل من الكتل المنقولة تضاعف قوة الجر ، بشكل عام ، فإن رافعة السلسلة تمنح زيادة ستة أضعاف في القوة.

1. ما نوعان من كتل تعرف؟ 2. ما هو الفرق بين وحدة متنقلة وواحدة ثابتة؟ 3. لأي غرض يتم استخدام الكتلة الثابتة؟ 4. لماذا استخدام وحدة المنقولة؟ 5. ما هي سلسلة يرفعون؟ ما المكسب في القوة لا يعطي؟

يتم تصنيف الكتل كآليات بسيطة. في مجموعة هذه الأجهزة ، والتي تعمل على تحويل القوى ، بالإضافة إلى كتل تشمل رافعة ، طائرة مائلة.

DETERMINATION

كتلة   - جسم صلب له القدرة على الدوران حول محور ثابت.

تصنع الكتل على شكل أقراص (عجلات ، أسطوانات منخفضة ، إلخ) بها أخدود يتم من خلاله تمرير حبل (الجذع ، الحبل ، السلسلة).

ثابت عبارة عن كتلة ذات محور ثابت (الشكل 1). لا يتحرك عند رفع الحمولة. يمكن اعتبار الكتلة الثابتة بمثابة رافعة لها أكتاف متساوية.

شرط توازن الكتلة هو شرط توازن لحظات القوى المطبقة عليه:

ستكون الكتلة في الشكل 1 في حالة توازن إذا كانت قوى الشد في الخيوط تساوي:

لأن أكتاف هذه القوات هي نفسها (الزراعة العضوية \u003d OV). لا تعطي الوحدة الثابتة مكسبًا في القوة ، ولكنها تتيح لك تغيير اتجاه عمل القوة. غالبًا ما يكون السحب على الحبل الذي يمتد من الأعلى أكثر سهولة من السحب على الحبل الذي يمتد من أسفل.

إذا كانت كتلة الحمل المرتبطة بأحد طرفي الحبل التي تم إلقاؤها على الكتلة الثابتة هي m ، فعند رفعها ، يجب تطبيق قوة F مساوية لـ على الطرف الآخر للحبل:

شريطة أن قوة الاحتكاك في كتلة لا نأخذ بعين الاعتبار. إذا كان من الضروري مراعاة الاحتكاك في الكتلة ، عندئذ يتم تقديم معامل المقاومة (k) ، ثم:

يمكن أن يكون استبدال الكتلة بمثابة دعم سلس بلا حراك. يتم إلقاء حبل (حبل) على مثل هذا الدعم ، والذي ينزلق على طول الدعم ، لكن قوة الاحتكاك تزيد.

الوحدة الثابتة لا تعطي مكاسب في العمل. المسارات التي تتجاوز نقاط تطبيق القوات هي نفسها ، مساوية للقوة ، وبالتالي ، مساوية للعمل.

من أجل الحصول على زيادة في القوة ، باستخدام كتل ثابتة ، يتم استخدام مجموعة من الكتل ، على سبيل المثال ، كتلة مزدوجة. عندما يجب أن يكون الكتل بأقطار مختلفة. يتم توصيلها دون حراك فيما بينها ويتم تثبيتها على محور واحد. يتم إرفاق حبل بكل كتلة بحيث يمكن جرحه أو إيقافه دون انزلاق. أكتاف القوى في هذه الحالة ستكون غير متكافئة. كتلة مزدوجة بمثابة رافعة مع أكتاف أطوال مختلفة. ويبين الشكل 2 مخطط كتلة مزدوجة.

تكون حالة التوازن للرافعة في الشكل 2 هي الصيغة:

وحدة مزدوجة يمكن تحويل الطاقة. بتطبيق قوة أقل على جرح حبل حول كتلة نصف قطرها كبير ، يتم الحصول على قوة تعمل على جانب جرح الحبل حول كتلة نصف قطرها أصغر.

الكتلة المتحركة هي كتلة يتحرك محورها مع الحمل. في التين. يمكن اعتبار 2 كتلة متحركة كرافعة مع أكتاف من مختلف الأحجام. في هذه الحالة ، النقطة O هي نقطة ارتكاز للرافعة. الزراعة العضوية هي كتف السلطة. OB هو كتف السلطة. لننظر في الموافقة المسبقة عن علم. 3. كتف القوة أكبر مرتين من كتف القوة ، لذلك ، لتحقيق التوازن ، من الضروري أن يكون حجم القوة F أقل مرتين من معامل القوة P:

يمكننا أن نستنتج أنه بمساعدة كتلة منقولة نحصل على مكسب في القوة مرتين. تتم كتابة حالة التوازن للكتلة المتحركة دون مراعاة قوة الاحتكاك على النحو التالي:

إذا حاولت أن تأخذ في الاعتبار قوة الاحتكاك في الكتلة ، فأدخل معامل المقاومة للكتلة (k) واحصل على:

في بعض الأحيان يتم استخدام مزيج من كتلة منقولة وثابتة. في هذه المجموعة ، يتم استخدام وحدة ثابتة للراحة. لا يعطي مكسبًا في القوة ، ولكنه يسمح لك بتغيير اتجاه القوة. تستخدم الوحدة المتنقلة لتغيير حجم القوة المطبقة. إذا كانت أطراف الحبل الذي يغطي الكتلة تقوم بنفس الزوايا مع الأفق ، فإن نسبة القوة التي تؤثر على الحمل إلى وزن الجسم تساوي نسبة نصف قطر الكتلة إلى وتر القوس الذي يغطيه الحبل. إذا كانت الحبال متوازية ، فستكون القوة المطلوبة لرفع الحمولة مطلوبة مرتين أقل من وزن الحمل المراد رفعه.

القاعدة الذهبية للميكانيكا

آليات بسيطة لتحقيق مكاسب في العمل لا. كم كسبنا في القوة ، نخسر في نفس العدد من المرات في المسافة. نظرًا لأن العمل مساوٍ للمنتج القياسي للقوة عن طريق الإزاحة ، فلن يتغير هذا عند استخدام الكتل المنقولة (وكذلك غير المتحركة).

في شكل صيغة "القاعدة الذهبية" يمكن كتابة على النحو التالي:

أين هو المسار الذي تمر به نقطة تطبيق القوة - المسار الذي تسلكه نقطة تطبيق القوة.

القاعدة الذهبية هي أبسط صياغة لقانون الحفاظ على الطاقة. تنطبق هذه القاعدة على حالات حركة موحدة أو شبه موحدة للآليات. ترتبط مسافات الحركة التعددية لأطراف الحبال بنصف قطر الكتل (و) كما يلي:

نحصل على ذلك من أجل تحقيق "القاعدة الذهبية" لكتلة مزدوجة ، من الضروري أن:

إذا كانت القوى متوازنة ، فستكون الكتلة أو تتحرك بشكل متساوٍ.

أمثلة لحل المشاكل

مثال 1

مثال 2