الوصف الببليوغرافي:   Shumeiko A.V. ، Vetashenko O.G. رؤية حديثة لآلية "البلوك" البسيطة التي تمت دراستها في كتب الفيزياء للصف السابع // الشباب العلمي. - 2016. - رقم 2. - S. 106-113. 07.07.2019).

  تفسر كتب الفيزياء للصف السابع عند دراسة آلية كتلة بسيطة المكسب بشكل مختلف القوة عند رفع البضائع مع باستخدام هذه الآلية ، على سبيل المثال: في كتاب Pyoryshkina A. المكاسب في يتم تحقيق قوة مع باستخدام عجلة الكتلة ، والتي تعمل قوى الرافعة عليها ، و في كتاب جندنشتاين L. E. يتم الحصول على نفس الكسب مع باستخدام كابل ، والتي تعمل قوة التوتر في الكابل. كتب مدرسية مختلفة ، مواضيع مختلفة و قوى مختلفة - للحصول على الفوز في القوة عند رفع الحمل. لذلك ، الغرض من هذه المقالة هو البحث عن الكائنات و القوات مع التي كسب في القوة عند رفع الحمل مع آلية كتلة بسيطة.

كلمات البحث:

أولاً ، سنتعرف على أنفسنا ونقارن كيف يتم الحصول على زيادة في القوة من خلال رفع الحمل باستخدام آلية كتلة بسيطة في كتب الفيزياء للصف السابع ، لذلك سنضع مقتطفات من الكتب المدرسية مع نفس المفاهيم للوضوح في الجدول.

لتلخيص التعرف على النصوص والأرقام ومقارنتها في الكتب المدرسية:

دليل على اكتساب القوة في الكتاب المدرسي. يتم تنفيذ Poryshkina على عجلة الكتلة والقوة المؤثرة هي قوة الرافعة. عند رفع الحمولة ، لا تعطي الكتلة الثابتة زيادة في القوة ، بينما تعطي الكتلة المتحركة زيادة في القوة بمقدار مرتين. لا يوجد ذكر للكبل الذي يعلق عليه الحمل على الوحدة الثابتة والوحدة المتحركة مع الحمل.

من ناحية أخرى ، في كتاب L.E. Gendenshtein المدرسي ، يتم إجراء دليل على زيادة القوة على كبل ، حيث يتم تعليق الحمل أو الوحدة المتحركة مع الحمل وتكون القوة المؤثرة هي قوة شد الكابلات ؛ عند رفع الحمولة ، يمكن للكتلة الثابتة أن تعطي زيادة مضاعفة في القوة ، ولكن لا يوجد ذكر للرافعة على عجلة الكتلة.

أدى البحث عن الأدب مع وصف اكتساب القوة في الكتلة والكابل إلى "كتاب أولي للفيزياء" قام بتحريره الأكاديمي G. S. Landsberg ، في الفقرة 84. يتم إعطاء أوصاف الآلات البسيطة على الصفحات 168-175: "كتلة بسيطة ، كتلة مزدوجة ، بوابة ، كتلة بكرة وكتلة تفاضلية." في الواقع ، "يعطي الكتل المزدوجة في تصميمها مكسبًا في القوة عند رفع الحمل ، بسبب الاختلاف في طول نصف قطر الكتل" ، حيث يتم رفع الحمل ، و "الرافعة المتسلسلة تعطي الكسب الساري عند رفع الحمل ، بسبب الحبل ، في عدة أجزاء منها الحمل معلقة. " وبالتالي ، كان من الممكن معرفة سبب إعطاء زيادة في القوة ، عند رفع الحمل ، بشكل منفصل الكتلة والكبل (حبل) ، لكن لم يكن من الممكن معرفة كيفية تفاعل الكتلة والكبل مع بعضهما البعض ونقل وزن الشحنة إلى بعضهما البعض ، حيث يمكن تعليق الحمل على كابل ، ويتم إلقاء الكابل فوق الكتلة أو يمكن للحمل تعليقه على الكتلة ، وتعلق الكتلة على الكبل. اتضح أن قوة الشد للكابل ثابتة وتعمل بطول الكبل بأكمله ، وبالتالي فإن نقل وزن الشحنة عن طريق الكبل إلى الكتلة سيكون في كل نقطة تلامس بين الكبل والكتلة ، وكذلك نقل وزن الحمولة المعلقة على الكبل إلى الكبل. لتوضيح تفاعل الوحدة مع الكبل ، سنقوم بإجراء تجارب على الحصول على الطاقة في الوحدة المتنقلة ، عند رفع الحمل ، باستخدام معدات خزانة فيزياء المدرسة: مقاييس ديناميكية ، كتل مختبرية ومجموعة من الأحمال في 1N (102 جم). نبدأ التجارب مع الوحدة المتنقلة ، لأن لدينا ثلاثة إصدارات مختلفة من اكتساب القوة في هذه الوحدة. الإصدار الأول هو "الشكل 180. كتلة متنقلة كرافعة مع أكتاف غير متكافئة "- كتاب مدرسي أ. بيريشكينا ، الثاني" الشكل 24.5 ... اثنين من التوتر كابل متطابق F "- وفقا لكتاب Gendenstein ل L. وأخيرا وأخيرا" الشكل 145. Polyspast " . رفع حمولة مع قفص متحرك لرافعة السلسلة على عدة أجزاء من حبل واحد - وفقًا لكتاب G. Landsberg G.

تجربة رقم 1. "الشكل 183"

لإجراء التجربة رقم 1 ، اكتسب القوة على الكتلة المنقولة باستخدام "ذراع بأذرع غير متكافئة من الشكل OAB. 180" وفقًا للكتاب المدرسي A. Peryshkina ، على الكتلة المتنقلة "الشكل 183" ، ارسم رافعة مع أكتاف غير متكافئة من OAV ، في "الشكل 180" ، وابدأ في رفع الحمل من الموضع 1 إلى الموضع 2. في تلك اللحظة ، تبدأ الوحدة في التدوير ، عكس اتجاه عقارب الساعة ، حول محورها عند النقطة A ، والنقطة B - نهاية الرافعة التي ينتقل بعدها المصعد ما وراء القوس الهوائي ، حيث ينحني الكبل من الأسفل حول الكتلة المنقولة. النقطة O - نقطة دعم الرافعة ، والتي يجب أن تكون ثابتة ، تنخفض ، انظر "الشكل 183" - الموضع 2 ، أي الرافعة ذات الأكتاف غير المتكافئة يتغير OAB مثل الرافعة ذات الأكتاف المتساوية (نفس المسارات تمر نقطتا O و B).

على أساس البيانات التي تم الحصول عليها في التجربة رقم 1 حول التغييرات في موضع ذراع OAB على الكتلة المنقولة عند رفع البضائع من الموضع 1 إلى الموضع 2 ، يمكننا أن نستنتج أن تمثيل الكتلة المنقولة كرافعة ذات أكتاف غير متساوية في "الشكل 180" ، عند الرفع الحمولة ، مع دوران الكتلة حول محورها ، تتوافق مع رافعة ذات أكتاف متساوية ، والتي لا تعطي قوة في الرفع عند رفع الحمل.

نبدأ في التجربة رقم 2 عن طريق تثبيت مقاييس القدرة على طرفي الكبل ، حيث سنعلق عليها وحدة متحركة بوزن 102 جم ، والتي تتوافق مع خطورة 1 ن. وسيتم تثبيت أحد نهايتي الكبل على التعليق ، وسنرفع الحمل على الوحدة المتنقلة في الطرف الآخر من الكبل. قبل الرفع ، قراءات كل من مقاييس القوة عند 0.5 N ، في بداية رفع قراءات مقياس القوة ، حيث يتم الرفع ، وتغيرت إلى 0.6 N ، وظلت كذلك أثناء الرفع ، في نهاية رفع القراءات عادت إلى 0.5 N. للتعليق الثابت لم يتغير أثناء الصعود وبقي مساوياً لـ 0.5 N. دعنا نحلل نتائج التجربة:

1. قبل الرفع ، عندما يتم تعليق حمولة 1 N (102 جم) على كتلة متحركة ، يتم توزيع وزن الحمل على العجلة بأكملها ويتم نقله إلى الكبل ، الذي يحيط بالكتلة من الأسفل ، مع نصف دائرة العجلة بالكامل.
2. قبل رفع قراءات كل من مقاييس القوة عند 0.5 N ، مما يشير إلى توزيع وزن الحمل من 1 N (102 جم) إلى جزأين من الكابل (قبل وبعد الكتلة) أو أن قوة الشد للكابل هي 0.5 N ، ونفس الشيء بطول الكبل بأكمله (وهو في البداية ، هو نفسه في نهاية الكبل) - كلتا الجملتين صحيحتان.

دعنا نقارن تحليل التجربة رقم 2 بإصدارات الكتب المدرسية على اكتساب القوة في 2 مرات مع كتلة متحركة. لنبدأ بالبيان الوارد في كتاب Gendenstein L.E. "... يتم تطبيق ثلاث قوى على الكتلة: وزن الحمل P الموجه إلى الأسفل وقوى شد الكابلات المتماثلة الموجهة نحو الأعلى (الشكل 24.5)." البيان أن وزن الشحنة في "التين. تم توزيع 14.5 "في جزأين من الكبل ، قبل وبعد الكتلة ، لأن قوة الشد للكابل واحدة. يبقى لتحليل توقيع "الشكل 181" من الكتاب المدرسي من A. V. Poryshkin "مزيج من كتل المنقولة والثابتة - كتلة بكرة". ويرد وصف للجهاز واكتساب الطاقة ، عند رفع الحمل ، برافعة سلسلة في كتاب الفيزياء الابتدائية ، ed. Lansberg G. S. حيث يقال: "كل قطعة من الحبل بين الكتل ستعمل على حمل متحرك بقوة T ، وستعمل جميع أجزاء الحبل بقوة nT ، حيث n هو عدد المقاطع المنفصلة للحبل التي تربط كلا الجزأين من الكتلة." اتضح أننا إذا طبقنا الكسب في القوة على "الشكل 181" بواسطة "الحبل الذي يربط كلا الجزأين" من كتلة السلسلة من كتاب الفيزياء الابتدائية في G.S. Landsberg ، ثم وصف الكسب في القوة بواسطة الكتلة المتحركة في "الشكل 179 و ، على التوالي ، الشكل. 180 "هو خطأ.

بعد تحليل أربعة كتب مدرسية للفيزياء ، يمكننا أن نستنتج أن الوصف الحالي لاكتساب القدرة من خلال آلية كتلة بسيطة لا يتوافق مع الوضع الحقيقي وبالتالي يتطلب وصفًا جديدًا لتشغيل آلية الكتلة البسيطة.

معدات رفع بسيطة   يتكون من كتلة وحبل (حبل أو سلسلة).

يتم تقسيم كتل آلية الرفع هذه إلى:

حسب التصميم البسيط والمعقد.

عن طريق رفع الحمل على الحركة والثابتة.

الألفة مع تصميم الكتل ستبدأ كتلة بسيطة، وهي عبارة عن عجلة تدور حول محورها ، مع أخدود حول محيط الكبل (حبل ، سلسلة) الشكل 1 ويمكن اعتباره ذراعًا متساويًا ، حيث تساوي أكتاف القوى نصف قطر العجلة: ОА \u003d ОВ \u003d r. لا تعطي هذه الوحدة زيادة في القوة ، ولكنها تسمح لك بتغيير اتجاه حركة الكبل (حبل ، سلسلة).

كتلة مزدوجة   يتكون من كتلتين من أنصاف أقطار مختلفة ، يتم تثبيتهما معًا وتثبيتهما على المحور المشترك في الشكل 2. يختلف نصف قطر الكتلتين r1 و r2 وعند رفع الحمل يتصرف كرافعة ذات أكتاف غير متساوية ، ويكون الكسب في القوة مساوياً لنسبة أطوال نصف قطر الكتلة ذات القطر الأكبر إلى الكتلة ذات القطر الأصغر F \u003d P · r1 / r2.

البوابة يتكون من أسطوانة (أسطوانة) ومقبض متصل بها ، يعمل ككتلة كبيرة القطر ، ويتم تحديد الكسب في القوة المعطاة بواسطة ذوي الياقات البيضاء بنسبة نسبة نصف قطر الدائرة R الموصوفة بواسطة المقبض إلى نصف قطر الأسطوانة r التي يتم فيها الجرح على الحبل F \u003d P · r / R.

دعنا ننتقل إلى طريقة رفع الأحمال في كتل. من وصف التصميم ، تحتوي جميع الكتل على محور تدور حوله. إذا كان محور الكتلة ثابتًا وعندما لا يرتفع سقوط البضائع ويسقط ، فسيتم استدعاء هذا الكتلة كتلة ثابتةكتلة بسيطة ، كتلة مزدوجة ، بوابة.

في كتلة المتداوليرتفع المحور ويسقط مع تحميل الشكل 10 ، ويهدف بشكل رئيسي إلى القضاء على ربط الكابل في مكان تعليق الحمل.

دعنا نتعرف على الجهاز وطريقة رفع الجزء الثاني من آلية الرفع البسيطة - كبل أو حبل أو سلسلة. يتم لف الكبل من أسلاك فولاذية ، والحبل ملولب من خيوط أو خيوط ، وتتكون السلسلة من روابط مترابطة.

طرق تعليق البضائع واكتساب القوة ، عند رفع البضائع ، باستخدام كابل:

في التين. 4 ، يتم تثبيت الحمل في أحد طرفي الكبل وإذا قمت برفع الحمل في الطرف الآخر من الكبل ، فإن رفع هذا الحمل سيتطلب قوة أكبر قليلاً من وزن الشحنة ، نظرًا لأن وحدة الكسب البسيطة السارية لا تعطي F \u003d P.

في الشكل 5 ، يرفع العامل نفسه بواسطة الكبل ، الذي ينحني حول كتلة بسيطة ، ويثبت المقعد الذي يجلس عليه العامل في أحد نهايات الجزء الأول من الكبل ، ويقوم العامل برفع نفسه للجزء الثاني من الكبل بقوة أقل مرتين من وزنه ، لأن وزن العامل تم توزيعه على جزأين من الكابل ، الأول من المقعد إلى الكتلة ، والثاني من الكتلة إلى يد العامل F \u003d P / 2.

في الشكل 6 ، يقوم عاملان برفع الحمل بواسطة كبلين ويتم توزيع وزن الحمل بالتساوي بين الكبلات ، وبالتالي يقوم كل عامل برفع الحمل بنصف وزن الحمل F \u003d P / 2.

في الشكل 7 ، يرفع العمال حمولة معلقة على جزأين من كبل واحد ويتم توزيع وزن الحمل بالتساوي بين أجزاء هذا الكبل (بين كبلين) وسيقوم كل عامل برفع الحمولة بقوة تساوي نصف وزن الحمولة F \u003d P / 2.

في الشكل 8 ، تم تثبيت نهاية الكبل ، الذي قام أحد العمال برفع الحمولة به ، على نظام تعليق ثابت ، وتم توزيع وزن الحمل على جزأين من الكبل ، وعندما قام العامل برفع الحمولة ، تضاعفت الطرف الثاني من الكبل ، وتم مضاعفة القوة التي يرفع بها العامل الحمولة وزن أقل F \u003d P / 2 وسيكون الحمل أبطأ مرتين.

في الشكل 9 ، يتم تعليق الحمل على 3 أجزاء من كابل واحد ، يتم إصلاح طرفه ويكون الكسب الساري ، عند رفع الحمل ، 3 ، حيث سيتم توزيع وزن الحمل على ثلاثة أجزاء من الكبل F \u003d Р / 3.

للتخلص من العقدة وتقليل قوة الاحتكاك ، يتم تثبيت كتلة بسيطة في مكان تعليق الحمل ولم تتغير القوة المطلوبة لرفع الحمولة ، حيث أن الكتلة البسيطة لا تعطي زيادة في قوة الشكل 10 والشكل 11 ، وسيتم استدعاء الكتلة نفسها كتلة متحركة، لأن محور هذه الكتلة يرتفع ويسقط مع الحمل.

من الناحية النظرية ، يمكن تعليق الحمل على عدد غير محدود من الأجزاء من كابل واحد ، لكنها محدودة عمليا بستة أجزاء ، وتسمى آلية الرفع هذه كتلة بكرة، والذي يتكون من حامل ثابت ومنقول مع كتل بسيطة ، يتم ثنيها بالتناوب حولها بواسطة كبل ، مثبت في أحد طرفي حامل ثابت ، ويتم رفع الحمل في الطرف الثاني من الكبل. يعتمد الكسب في القوة على عدد أجزاء الكبل بين المشابك الثابتة والمنقولة ، وكقاعدة عامة ، يكون 6 أجزاء من الكبل ويكون الكسب في الطاقة 6 مرات.

يناقش المقال التفاعلات الواقعية بين الكتل والكابل عند رفع الحمل. الممارسة الحالية المتمثلة في تحديد أن "الكتل الثابتة لا تعطي مكسبًا في القوة ، وأن الكتل المتحركة تعطي مكسبًا في القوة بمقدار 2 مرات" فسرت بشكل خاطئ تفاعل الكبل والكتلة في آلية الرفع ولم تعكس المجموعة الكاملة من تصميمات الكتل ، مما أدى إلى تطوير أفكار خاطئة من جانب واحد حول كتلة. مقارنةً بالكميات الموجودة من المواد لدراسة الآلية البسيطة للكتلة ، زاد حجم المقال مرتين ، لكن هذا جعل من الممكن شرح العمليات التي تحدث في آلية رفع الأحمال البسيطة بشكل واضح وفعال ليس فقط للطلاب ، ولكن أيضًا للمعلمين.

المراجع:

1. Poryshkin ، A.V. الفيزياء ، الصف السابع.: كتاب مدرسي / A.V. Poryshkin.- الطبعة الثالثة ، إضافي.- M: Drofa ، 2014 ، - 224 ثانية ، Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. تطبيق قاعدة توازن الرافعة المالية على كتلة ، ص 181-183.
2. Gendenstein، L.E. Physics. الصف السابع. في ساعتين ، الجزء 1. كتاب مدرسي للمؤسسات التعليمية / L. E. Gendenshten، A. B. Kaydalov، V. B. Kozhevnikov؛ تحت محررة V.A. Orlova، I. I. Roisen، 2nd ed.، Rev. - م .: منيموسين ، 2010. - 254 ص: مريض. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. الآليات البسيطة ، الصفحات 188-196.
3. كتاب أولي للفيزياء ، حرره الأكاديمي ج. س. لاندزبرغ ، المجلد 1. الميكانيكا. الحرارة. الفيزياء الجزيئية ، الطبعة العاشرة ، موسكو: ناوكا ، 1985. § 84. الآلات البسيطة ، الصفحات 168-175.
4. Gromov، S.V. Physics: Bookbook. ل 7 cl. التعليم العام. institutions / S.V. Gromov، N.A. Rodina.- 3rd ed. - م: التعليم ، 2001. - 158 ق ،: مرض. ISBN-5-09-010349-6. § 22. كتلة ، ص 55-57.

كلمات البحث: كتلة ، كتلة مزدوجة ، كتلة ثابتة ، تتحرك كتلة ، كتلة بكرة..

الخلاصة:   تفسر الكتب الفيزيائية للصف السابع ، عند دراسة آلية كتلة بسيطة ، الكسب في القوة بشكل مختلف عند رفع حمولة باستخدام هذه الآلية ، على سبيل المثال: في كتاب A.V. Peryshkin ، يتم تحقيق زيادة في القوة بمساعدة عجلة الكتلة ، التي تعمل فيها قوى الرافعة ، وفي كتاب Gendenshtein L. E. ، تم الحصول على الكسب نفسه بمساعدة كبل ، حيث تعمل قوة الشد للكابل. كتب مدرسية مختلفة ومواضيع مختلفة وقوى مختلفة - لاكتساب قوة عند رفع الحمل. لذلك ، فإن الغرض من هذه المقالة هو البحث عن الأشياء والقوى ، والتي يتم الحصول على زيادة في القوة عند رفع الحمل باستخدام آلية كتلة بسيطة.

4.1. عناصر ثابتة

4.1.7. بعض الآليات البسيطة: الكتل

تسمى الأجهزة المصممة لتحريك (الرفع ، الخفض) باستخدام العجلة والقنطرة التي يتم إلقاؤها عليها ، والتي تُطبق عليها بعض القوة ، بلوكات. التمييز بين الكتل الثابتة والمتحركة.

تم تصميم الكتل لنقل البضائع التي تزن P → c باستخدام القوة F → المطبقة على الحبل الذي تم إلقاؤه على العجلة.

إلى أي أنواع الكتل   (بلا \u200b\u200bحراك والهاتف المحمول) حالة التوازن راض:

d 1 F \u003d d 2 P ،

حيث d 1 هو كتف القوة F → المطبقة على الحبل ؛ د 2 - كتف القوة P → (وزن الحمل يتحرك بمساعدة هذه الوحدة).

ال كتلة ثابتة   (الشكل 4.8) تكون كتفي القوات F → و P → متساوية مع نصف قطر الكتلة:

d 1 \u003d d 2 \u003d R ،

لذلك ، فإن وحدات القوات تساوي بعضها البعض:

F \u003d P.

التين. 4.8

باستخدام كتلة ثابتة ، يمكن تحريك جزء من الوزن P → عن طريق تطبيق قوة F → ، والتي تتزامن قيمتها مع قيمة وزن الحمل.

في الكتلة المنقولة (الشكل 4.9) ، تختلف كتفي القوتين F → و P →:

d 1 \u003d 2R و d 2 \u003d R ،

حيث d 1 هو كتف القوة F → المطبقة على الحبل ؛ د 2 - كتف القوة P → (وزن الحمل يتحرك بمساعدة هذه الوحدة) ،

لذلك ، تطالب وحدات القوى بالمساواة:

التين. 4.9

باستخدام كتلة منقولة ، يمكن تحريك جسم وزن P → بتطبيق قوة F → ، تكون قيمتها نصف حجم وزن الحمل.

الكتل تسمح لك بتحريك الجسم مسافة معينة:

• كتلة ثابتة لا تعطي زيادة في القوة ؛ يغير فقط اتجاه القوة المطبقة ؛
• وحدة المحمول يعطي ربحا في القوة من 2 مرات.

ومع ذلك ، كلا كتل المنقولة والثابتة لا تعطي مكاسب في العمل: كم مرة نفوز في القوة ، ومرات كثيرة نخسرها في المسافة ("القاعدة الذهبية" للميكانيكا).

مثال 22- يتكون النظام من كتلتين بلا وزن: واحدة منقولة والأخرى بلا حراك. يتم تعليق شحنة وزنها 0.40 كجم من محور الكتلة المتحركة ولمس الأرض. يتم تطبيق قوة معينة على الطرف الحر للحبل الذي يتم إلقاؤه فوق الكتلة الثابتة ، كما هو موضح في الشكل. تحت تأثير هذه القوة ، يرتفع الحمل من حالة الراحة إلى ارتفاع 4.0 متر في 2.0 ثانية. أوجد معامل القوة المطبق على الحبل.

2 T → ′ + P → \u003d m a → ،

2 T ′ - m g \u003d m a ،

a \u003d 2 F - m g m.

يتزامن المسار المغطى بالحمل مع ارتفاعه فوق سطح الأرض ويرتبط بوقت حركته t بواسطة الصيغة

أو مع الأخذ بعين الاعتبار التعبير عن وحدة التسريع

h \u003d a t 2 2 \u003d (2 F - m g) t 2 2 m.

نعبر عن القوة المطلوبة من هنا:

F \u003d m (h t 2 + g 2)

وحساب قيمتها:

F \u003d 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) \u003d 2.4 N.

مثال 23. يتكون النظام من كتلتين عديم الوزن: واحدة منقولة والأخرى بلا حراك. يتم تعليق بعض الحمل من محور الوحدة الثابتة كما هو موضح في الشكل. تحت تأثير قوة ثابتة مطبقة على الطرف الحر للحبل ، يبدأ الحمل بالتحرك مع تسارع ثابت ويتحرك للأعلى على مسافة 3.0 متر في 2.0 ثانية. أثناء حركة الحمل ، تطور القوة المطبقة قدرة متوسطة تبلغ 12 واط. العثور على كتلة البضائع.

القرار. تظهر القوى المؤثرة على الكتل المنقولة والثابتة في الشكل.

تعمل قوتان T → على الكتلة الثابتة من جانب الحبل (على جانبي الكتلة) ؛ تحت تأثير هذه القوى ، الحركة الترجمية للكتلة غائبة. كل واحدة من هذه القوى تساوي القوة F → المطبقة على نهاية الحبل:

تعمل ثلاث قوى على الكتلة المنقولة: قوى شد الحبل T → ′ (على جانبي الكتلة) ووزن الحمل P → \u003d m g →؛ تحت تأثير القوى المشار إليها ، تتحرك الكتلة (جنبًا إلى جنب مع الحمل المعلق منها) مع التسارع.

نكتب قانون نيوتن الثاني للكتلة المتحركة في النموذج:

2 T → ′ + P → \u003d m a → ،

أو في الإسقاط على محور الإحداثيات الموجه رأسيا إلى أعلى ،

2 T ′ - m g \u003d m a ،

حيث T ′ هي وحدة قوة الشد للحبل ؛ m هي كتلة الحمل (كتلة الوحدة المتنقلة مع الحمل) ؛ g هي معامل تسارع السقوط الحر ؛ وحدة تسريع وحدة (الحمل لديه نفس التسارع ، لذلك سنتحدث عن تسريع الحمل).

يساوي معامل توتر الحبل T the معامل القوة T:

لذلك ، يتم تحديد وحدة تسريع التحميل بواسطة التعبير

a \u003d 2 F - m g m.

من ناحية أخرى ، يتم تحديد تسريع الحمل بواسطة صيغة المسافة المقطوعة:

حيث t هو وقت حركة البضائع.

مساواة

2 F - m g m \u003d 2 S t 2

يسمح لك بالحصول على تعبير لوحدة القوة المطبقة:

F \u003d m (S t 2 + g 2).

يتحرك الحمل متسارعًا بشكل موحد ، لذلك يتم تحديد معامل سرعته بواسطة التعبير

ت \u003d في

ومتوسط \u200b\u200bالسرعة هو

〉V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

يتم تحديد قيمة القوة المتوسطة التي طورتها القوة المطبقة بواسطة المعادلة

〉N〉 \u003d F 〈v〉 ،

أو مع مراعاة تعبيرات معامل القوة ومتوسط \u200b\u200bالسرعة:

〉N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.

من هنا نعبر عن الكتلة المطلوبة:

م \u003d 4 ر 〈N〉 a (2 S + g t 2).

نستبدل التعبير عن التسارع في الصيغة التي تم الحصول عليها (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〉N〉 S (2 S + g t 2)

وحساب:

م \u003d 2 ⋅ (2.0) 3 ⋅ 12 3.0 (2 ⋅ 3.0 + 10 ⋅ (2.0) 2) ≈ 1.4 كجم.

تقرير مهمة البحث

"دراسة نظام الكتل التي تعطي مكاسب بقوة 2 ، 3 ، 4 مرات"

طلاب الصف 7.

المدرسة الثانوية رقم 76 ، ياروسلافل

موضوع العمل: دراسة نظام الكتل التي تعطي مكاسب في قوة 2 ، 3 ، 4 مرات.

الغرض من العمل: باستخدام أنظمة الكتلة ، احصل على مكاسب في قوة 2 ، 3 ، 4 مرات.

المعدات:   كتل منقولة وثابتة ، حوامل ثلاثية الأرجل ، أرجل قابض ، أوزان ، حبل.

خطة العمل:

لدراسة المادة النظرية حول موضوع "الآليات البسيطة. كتل "؛

جمع وإعطاء وصف للتركيبات - أنظمة الكتلة التي تعطي ربحا في قوة 2 ، 3 ، 4 مرات.

تحليل نتائج التجربة ؛

استنتاج

"قليلا عن كتل"

في التكنولوجيا الحديثة ، تُستخدم آليات الرفع على نطاق واسع ، ويمكن تسمية المكونات التي لا غنى عنها بآليات بسيطة. من بينها ، أقدم الاختراعات للبشرية هي كتل. قام العالم اليوناني القديم أرخميدس بتخفيف عمل الإنسان ، حيث منحه مكسبًا في القوة عند استخدام اختراعه ، وعلمه تغيير اتجاه القوة.

الكتلة عبارة عن عجلة بها أخدود حول دائرة لحبل أو سلسلة يكون محورها متصل بإحكام بجدار أو سقف الحزمة. عادة ما تستخدم أجهزة الرفع ليست واحدة ، ولكن عدة كتل. يُطلق على نظام الكتل والكابلات المصمم لزيادة سعة الحمل الرافعة التسلسلية.

في دروس الفيزياء ، ندرس كتلة منقولة وبدون حركة. باستخدام الكتلة الثابتة ، يمكنك تغيير اتجاه القوة. كتلة متحركة - انخفاض يعطي زيادة في القوة بنسبة 2 مرات.كتلة ثابتة اعتبر أرخميدس ذراعًا متساويًا. إن لحظة القوة التي تعمل على جانب واحد من الكتلة الثابتة تساوي لحظة القوة المطبقة على الجانب الآخر من الكتلة. القوى التي تخلق هذه اللحظات هي نفسها. وأخذ كتلة المحمول أرخميدس لذراع غير متكافئة. بالنسبة إلى مركز الدوران ، هناك لحظات من القوى يجب أن تكون متساوية في حالة توازن.

الرسومات كتلة:

2. تجميع التركيبات - أنظمة الكتل التي تعطي قوة في قوة 2 و 3 و 4 مرات.

نحن نستخدم البضائع في العمل ،الذي يبلغ وزنه 4 N   (الشكل 3).

التين. 3

باستخدام الكتل المنقولة والثابتة ، قام فريقنا بتجميع الوحدات التالية:

نظام كتلة 2 أضعاف   (الشكل 4 والشكل 5).

يستخدم نظام الكتلة هذا كتل منقولة وثابتة. مثل هذا المزيج يعطي زيادة في القوة مرتين. لذلك ، يجب تطبيق قوة تساوي نصف وزن الحمل على النقطة أ.

الشكل 4

الرقم 5

في الصورة (الشكل 5) ، يمكن ملاحظة أن هذا الإعداد يمنح قوة مضاعفة بمقدار 2 أضعاف ، ويظهر مقياس القوة قوة تبلغ حوالي 2 شمالًا. يأتي حبلان من الحمل. لا يؤخذ وزن الكتل في الاعتبار.

نظام كتلة 3 أضعاف . الشكل 6 والشكل 7

في نظام الكتلة هذا ، يتم استخدام كتلتين متحركتين وثابتتين. مثل هذا المزيج يعطي ثلاثة أضعاف في القوة. يشبه مبدأ تشغيل التثبيت الخاص بنا بتعدد 3 (زيادة في القوة 3 مرات) المبدأ الموضح في الشكل. يتم إرفاق نهاية الحبل بالمنصة ، ثم يتم إلقاء الحبل عبر كتلة ثابتة. مرة أخرى ، من خلال الكتلة المنقولة التي تحمل المنصة مع الحمل. ثم نسحب الحبل من خلال كتلة ثابتة أخرى. يعطي هذا النوع من الآليات مكاسب في القوة تبلغ 3 مرات ، وهذا خيار غريب. نحن نستخدم قاعدة بسيطة: كم من الحبال تأتي من الحمل ، وهذا هو مكاسبنا في القوة. في طول الحبل ، نفقد عدد المرات التي يكون فيها الكسب في القوة أكبر عدد من المرات.

الشكل (6)

الشكل 7

الشكل 8

في الصورة (الشكل 8) ، يمكن ملاحظة أن مقياس القوة يشير إلى قوة تقارب 1.5 نيوتن. الخطأ يعطي وزن الوحدة المتحركة والمنصة. من البضائع يأتي ثلاثة الحبال.

نظام كتلة 4 أضعاف .

يستخدم نظام الكتلة هذا كتلتين متحركتين وكتلتين ثابتتين. مثل هذا المزيج يعطي مكاسب أربعة أضعاف في القوة. (الشكل 9 والشكل 10).

التين. 9

الشكل 10

في الصورة (الشكل 10) ، يمكن ملاحظة أن هذا الإعداد يمنح قوة مضاعفة بمقدار أربعة أضعاف ، ويظهر مقياس القوة قوة تبلغ حوالي 1 شمالًا. تأتي أربعة حبال من التحميل.

الاستنتاج:

يتيح لك نظام الكتل المنقولة والثابتة ، المكونة من الحبال والكتل ، الفوز بكفاءة عالية مع خسارة في الطول. نحن نستخدم قاعدة بسيطة - القاعدة الذهبية للميكانيكا: كم من الحبال تأتي من الحمل ، وهذا هو مكسبنا في القوة. في طول الحبل ، نفقد عدد المرات التي يكون فيها الكسب في القوة أكبر عدد من المرات. بفضل هذه القاعدة الذهبية للميكانيكا ، يمكن رفع كميات كبيرة من الكتلة دون بذل جهود كبيرة.

مع العلم هذه القاعدة ، يمكنك إنشاء أنظمة كتلة - polyspast ، والتي تتيح لك الفوز في السلطة في عدد nth من المرات. لذلك ، تستخدم كتل وأنظمة القطع على نطاق واسع في مناطق مختلفة من حياتنا. Pتستخدم على نطاق واسع كتل المنقولة والثابتة في التروس من السيارات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الكتل من قِبل الصانعين لرفع الأحمال الكبيرة والصغيرة (على سبيل المثال ، عند إصلاح الواجهات الخارجية للمباني ، غالبًا ما يعمل البناؤون في مهد يمكن أن يتنقلوا بين الطوابق. عند الانتهاء من العمل على الأرض ، يمكن للعمال نقل المهد بسرعة إلى طابق أعلى باستخدام بينما فقط قوتهم). 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 صغيرًا ، ثم لرفع الحمل ، من الضروري تطبيق قوة تقل بحوالي 2 مرات 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؟").

في معظم الأحيان ، يتم استخدام آليات بسيطة لاكتساب القوة. وهذا هو ، مع قوة أقل تحريك المزيد من الوزن بالمقارنة معها. علاوة على ذلك ، فإن كسب القوة لا يتحقق "مجانًا". الاسترداد هو الخسارة في المسافة ، أي أنك بحاجة إلى القيام بحركة أكثر من دون استخدام آلية بسيطة. ومع ذلك ، عندما تكون القوات محدودة ، يكون "تبادل" المسافة للقوة مفيدًا.

الكتل المنقولة والثابتة هي بعض أنواع الآليات البسيطة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي رافعة تعديل ، والتي هي أيضا آلية بسيطة.

كتلة ثابتة   لا يعطي مكسب في القوة ، بل يغير اتجاه تطبيقه. تخيل أنك تحتاج إلى رفع الحمل الثقيل لأعلى الحبل. سيكون لديك لسحب ما يصل. ولكن إذا كنت تستخدم كتلة ثابتة ، فستحتاج إلى السحب ، بينما يرتفع الحمل. في هذه الحالة ، سيكون الأمر أسهل بالنسبة لك ، حيث ستتألف القوة اللازمة من قوة العضلات وزنك. بدون استخدام كتلة ثابتة ، سيكون من الضروري تطبيق نفس القوة ، لكن سيتحقق ذلك فقط بسبب قوة العضلات.

كتلة ثابتة هي عجلة مع أخدود للحبل. العجلة ثابتة ، يمكنها الدوران حول محورها ، لكن لا يمكنها الحركة. تتدلى أطراف الحبل (الكبل) ، ويتم توصيل الحمل بواحد ، ويتم تطبيق القوة على الآخر. إذا قمت بسحب الكبل لأسفل ، يزداد الحمل.

نظرًا لعدم وجود زيادة في القوة ، لا توجد خسارة في المسافة. المسافة التي يرتفع فيها الحمل ، يجب خفض الحبل بنفس المسافة.

استخدام كتلة المتداول يعطي مكاسب في القوة مرتين (مثالي). هذا يعني أنه إذا كان وزن الحمل هو F ، ثم لرفعه ، يجب عليك تطبيق القوة F / 2. تتكون الوحدة المتنقلة من نفس العجلة مع فتحة كابل. ومع ذلك ، يتم تثبيت أحد طرفي الكبل هنا ، وتكون العجلة متحركة. يتحرك العجلة مع الحمل.

وزن الحمل هو القوة النزولية. انها متوازنة من قبل قوتين موجهة صعودا. يتم إنشاء أحدهما بواسطة الدعم المتصل بالكابل والآخر يسحب بواسطة الكبل. قوة الشد للكابل هي نفسها على كلا الجانبين ، مما يعني أن وزن الحمل موزع بالتساوي بينهما. لذلك ، كل من القوات هو 2 مرات أقل من وزن الشحنة.

في المواقف الحقيقية ، يكون الكسب في القوة أقل من مرتين ، حيث يتم "إنفاق" قوة الرفع جزئيًا على وزن الحبل والكتلة ، وكذلك الاحتكاك.

الوحدة المتنقلة ، التي تعطي قوة مضاعفة تقريبًا ، تعطي خسارة مزدوجة في المسافة. لرفع الحمل إلى ارتفاع معين h ، من الضروري أن تنخفض الحبال على كل جانب من جوانب الكتلة بهذا الارتفاع ، أي في مجموع 2 س يتم الحصول عليها.

عادة ما تستخدم مجموعات من الكتل الثابتة والمتحركة. أنها تسمح لك لكسب القوة والاتجاه. لمزيد من القطع المتحركة في سلسلة يرفعون ، وزيادة مكاسب في القوة.