Mõiste "plokk" viitab mingi mehaaniline seade, milleks on rull, mis on paigaldatud risti teljele.See rull või võib vabalt liikuda või vastupidi - on jäigalt kinnitatud. Lihtsustage määratlust - kui rulli pöörlemistelg liigub ruumis, siis on plokk teisaldatav. Rullil on soon, millesse sisestatakse köis või kaabel. Allolev pilt näitab ploki välimust.

Kui rull on kinnitatud näiteks lakke, on see fikseeritud plokk. Kui rull liigub koos koormaga, on see liikuv üksus. Üldises mõttes on ainus erinevus see.

Mobiilse seadme kasutamise tähendus on tugevuse suurendamine kaupade ja füüsiliste kehade tõstmisel või teisaldamisel. Fikseeritud plokk ei anna võimendust, kuid see lihtsustab sageli oluliselt kere liikumist ja seda kasutatakse süsteemides koos liikuva plokiga.

Liigutatavate ja fikseeritud plokkide kasutamine

Plokkide süsteem on üldlevinud. Need on kraanad ja mitmesugused seadmed garaažis kaupade teisaldamiseks ja isegi moodsa auto veorihmad. Sageli kasutatakse plokki isegi ilma selge arusaamiseta, et see on sama mehhanism.

Kindlasti olete ehitusplatsidel kohanud liikuvaid rattaid, mis on kinnitatud ehitatava maja ülemistele korrustele. Sellise ratta kohale visatakse köis või kett ja töötaja, kinnitades esimese korruse ämbri, tõstab selle ülemisele korrusele, liigutades köit. See on lihtne näide fikseeritud ploki kasutamisest. Kui lisate ämbrisse veel ühe ratta, saate plokkide süsteemi - liikuvad ja liikumatud.

Veel üks haruldasem näide fikseeritud ploki kasutamisest. Kui inimene tõmbab auto mudast välja, mähitakse pukseerimisköis puutüve ümber. Seda tehakse suurema mugavuse huvides, kuna pukseeriv vints haakub hõlpsasti ümber kaabli ümbritsetud kaabli väikese otsaga. Sellisest plokist endast pole kasu ja kuna puu ei pöörle ümber oma telje, suurendab takistusjõud koormust.

Nende lihtsate mehhanismide kasutamisel meie ümber on palju näiteid.

Kõige kuulsam seade, mis töötab plokkide põhimõttel, on ketitõstuk. Seda kasutatakse aktiivselt tõstemehhanismides. Plokisüsteem vähendab võimsust ja üldine töö väheneb 4–8 korda.

Liikuvate ja fikseeritud plokkidega seotud probleemide lahendamine

Füüsikaprobleemide puhul on sageli vaja kindlaks teha, milline saab klotside kasutamisel kogu tugevuse suurenemise. Õpilasele pakutakse keerulist skeemi, kus mitu erinevat tüüpi plokki on üksteisega ühendatud.

Võti lahendamisel   Sellised ülesanded seisnevad võimes mõista nende seadmete koostoimimist. Iga plokk arvutatakse eraldi ja lisatakse seejärel üldvalemisse. Kogu ülesande arvutusvalem koostatakse vastavalt skeemile, mille õpilane joonistas tingimust lugedes.

Selliste ülesannete paremaks mõistmiseks pidage meeles plokk on omamoodi hoob. Võidetud jõud tekitab distantsi kaotuse (liikuva bloki korral).

Arvutusvalem on väga lihtne.

Fikseeritud seadme jaoks   F \u003d fmg, kus F on jõud, f on ploki takistuse koefitsient, m on koorma mass, g on gravitatsioonikonstant. Teisisõnu, F on jõud, mida tuleb rakendada näiteks kasti maapinnast tõstmiseks, kasutades fikseeritud plokki. Nagu näete, on sõltuvus otsene ja koefitsienti pole.

Liigutatava seadme jaoks   meil on võimul topeltvõit. Arvutusvalem on F \u003d 0,5fmg, kus tähtede tähistused sarnanevad ülaltoodud valemiga. Vastavalt sellele tõstetakse liikuva ploki kasutamisel sellist kasti massiga m plokiga kaks korda hõlpsamini, kui ainult oma selga kasutades.

Pange tähele seda lohutustegur   - see on reaktsioon, mis toimub plokis köie piki seda liigutades. Tavaliselt antakse need väärtused probleemi tingimustes või on tabelina esitatud suurused. Mõnikord jäetakse kooliprobleemides need koefitsiendid täielikult välja ja neid ei võeta arvesse.

Lisaks ärge unustage seda kui jõud rakendatakse nurga all, siis peate jõudude kolmnurga arvutamiseks kasutama standardset meetodit. Kui ülesandes öeldakse, et inimene tõmbab koorma köie külge, mis asub horisondi suhtes 30 kraadi, siis tuleks seda kindlasti arvestada ja märkida kujundusskeemile.

Plokk koosneb ühest või enamast rattast (rullist), mis on ümbritsetud keti, rihma või trossiga. Nii nagu hoob, vähendab seade koorma tõstmiseks vajalikku jõudu, kuid lisaks sellele võib see muuta rakendatud jõu suunda.

Tugevuse suurendamise eest tuleb maksta vahemaa: mida vähem on vaja koorma tõstmiseks vaeva näha, seda suuremat teed peab minema selle pingutuse rakenduspunkt. Plokkide süsteem suurendab tugevuse suurenemist, kasutades rohkem kandvaid ahelaid. Sellistel energiasäästlikel seadmetel on väga lai kasutusala - alates liikumisest massiivsete terasest talade kõrgusele ehitusplatsidel kuni lippude tõstmiseni.

Nagu teiste lihtsate mehhanismide puhul, pole ka ploki leiutajad tundmatud. Ehkki on võimalik, et klotsid eksisteerisid juba varem, pärineb nende esmamainimine kirjanduses viiendast sajandist eKr ja seda seostatakse plokkide kasutamisega iidsete kreeklaste poolt laevadel ja teatrites.

Rippuvale rööpale paigaldatud teisaldatavad plokisüsteemid (joonis ülal)   laialt levinud monteerimisliinidel, kuna see hõlbustab oluliselt raskete osade liikumist. Rakendatud jõud (F) võrdub koormuse (W) raskuse (W) kaalu jagamisel jagatud arvuga ahelaid kasutatava kasutatud arvuga (n).

Üksikud fikseeritud plokid

See lihtsaim tüüpi plokk ei vähenda koorma tõstmiseks vajalikku jõudu, kuid muudab rakendatud jõu suunda, nagu on näidatud ülaltoodud joonistel ja paremal. Fikseeritud plokk   lipuvarda ülaosas on lippu kergem tõsta, lubades tõmmata nööri, millega lipp kinni seotakse.

Üksikud liikuvad klotsid

Üks liikuv võimega üksus vähendab koorma tõstmiseks vajalikku jõudu poole võrra. Rakendatud jõu vähendamine poole võrra tähendab, et selle rakendamiskoht peab minema kaks korda pikemaks. Sel juhul on jõud võrdne poole kaaluga (F \u003d 1 / 2W).

Blokeerimissüsteemid

Kui kasutatakse fikseeritud ja liikuva seadmega kombinatsiooni, on rakendatud jõud koormusahelate koguarvu mitu. Sel juhul on jõud võrdne poole kaaluga (F \u003d 1 / 2W).

Lasti, mis on riputatud vertikaalselt läbi seadme, võimaldab horisontaalseid elektrijuhtmeid tihedalt tõmmata.

Õhutõste (Joonis ülal) koosneb ahelast, mis on ühendatud ühe liikuva ja kahe fikseeritud ploki ümber. Koorma tõstmiseks on vaja jõudu, mis moodustab ainult poole selle massist.

Polyspast, mida tavaliselt kasutatakse suurtes kraanades (joonis paremal), koosneb liikuvate klotside komplektist, mille külge koormus riputatakse, ja fikseeritud klotside komplekt, mis on kinnitatud kraana noole külge. Nii paljudest plokkidest tugevust suurendades suudab kraana tõsta väga raskeid koormusi, näiteks terasest talasid. Sel juhul on jõud (F) võrdne koormuse (W) raskuse kaalu (W) jagamisega jagatud koefitsiendiga (n).

Kõige sagedamini kasutatakse jõu saamiseks lihtsaid mehhanisme. See tähendab, et väiksema jõuga liigub sellega võrreldes rohkem kaalu. Veelgi enam, tugevuse suurendamist ei saavutata "tasuta". Selle tasuvus on distantsi kaotus, see tähendab, et peate liikuma rohkem kui ilma lihtsat mehhanismi kasutamata. Kui jõud on piiratud, on jõu vahemaa vahetamiseks jõud siiski kasulik.

Liigutatavad ja fikseeritud plokid on mõned lihtsate mehhanismide tüübid. Lisaks on need muudetud hoob, mis on ka lihtne mehhanism.

Fikseeritud plokk   ei anna tugevust, vaid muudab selle rakenduse suunda. Kujutage ette, et peate köie üles tõstma raske koorma. Peate selle üles tõmbama. Kuid kui kasutate fikseeritud plokki, peate alla tõmbama, samal ajal kui koormus tõuseb üles. Sel juhul on teil lihtsam, kuna vajalik jõud koosneb lihasjõust ja teie kaalust. Ilma fikseeritud plokki kasutamata oleks vaja rakendada sama jõudu, kuid see saavutataks üksnes lihasjõu tõttu.

Fikseeritud plokk on trossi jaoks soonega ratas. Ratas on fikseeritud, see võib pöörduda ümber oma telje, kuid ei saa liikuda. Trossi (kaabli) otsad ripuvad alla, ühele kinnitatakse koormus ja teisele rakendatakse jõudu. Kui tõmbad kaabli alla, tõuseb koormus.

Kuna tugevust ei saa, pole ka kauguses kaotust. Kui koormus tõuseb, tuleb trossi sama vahemaa võrra madalamale lasta.

Kasutage veereplokk   annab jõudu kaks korda (ideaaljuhul). See tähendab, et kui koorma kaal on F, tuleb selle tõstmiseks rakendada jõudu F / 2. Mobiilsideüksus koosneb samast rattaga kaablisoonega. Kuid kaabli üks ots on siin fikseeritud ja ratas on liigutatav. Ratas liigub koos koormaga.

Koorma mass on allapoole suunatud jõud. Seda tasakaalustavad kaks ülespoole suunatud jõudu. Üks luuakse toega, mille külge kaabel on kinnitatud, ja teine, tõmmates kaabli abil. Kaabli pingutusjõud on mõlemal küljel sama, mis tähendab, et koorma raskus on nende vahel võrdselt jaotatud. Seetõttu on iga jõud kaks korda väiksem kui lasti kaal.

Reaalsetes olukordades on jõuvõimendus vähem kui 2 korda, kuna tõstejõud kulutatakse osaliselt köie ja klotsi raskusele, samuti hõõrdumisele.

Mobiilne seade, mis annab peaaegu kahekordse tugevuse suurenemise, annab kahekordse vahekauguse. Koorma tõstmiseks teatud kõrgusele h on vaja, et trossid mõlemal pool plokki väheneksid selle kõrguse võrra, st kokku saadakse 2h.

Tavaliselt kasutage fikseeritud ja liikuvate plokkide kombinatsioone. Need võimaldavad teil jõudu ja suunda saada. Mida rohkem on ketitõstukis liikuvaid klotse, seda suurem on tugevuse suurenemine.

4.1. Staatilised elemendid

4.1.7. Mõned lihtsad mehhanismid: plokid

Seadmeid, mis on ette nähtud lasti liikumiseks (tõstmiseks, langetamiseks) ratta abil ja selle peale visatud niiti, millele rakendatakse teatavat jõudu, nimetatakse plokkideks. Eristada fikseeritud ja liikuvaid plokke.

Plokid on ette nähtud P → c kaaluva lasti liigutamiseks, kasutades jõudu F →, mis rakendatakse üle ratta visatud trossi.

Sest igat tüüpi plokid   (liikumatu ja liikuv) on tasakaalutingimus täidetud:

d 1 F \u003d d 2 P,

kus d 1 on köiele rakendatud jõu F → õlg; d 2 - jõu P → õlg (selle seadme abil teisaldatud koorma raskus).

Sisse fikseeritud plokk   (Joonis 4.8) jõudude F → ja P → õlad on samad ja võrdsed ploki raadiusega:

d1 \u003d d2 \u003d R,

seetõttu on jõudude moodulid üksteisega võrdsed:

F \u003d P

Joon. 4.8

Fikseeritud plokki kasutades saab raskuse P → keha liigutada jõu F → abil, mille väärtus langeb kokku koorma raskuse väärtusega.

Liigutavas plokis (joonis 4.9) on jõudude F → ja P → õlad erinevad:

d1 \u003d 2R ja d2 \u003d R,

kus d 1 on köiele rakendatud jõu F → õlg; d 2 - jõu P → õlg (selle seadme abil teisaldatud koorma raskus),

seetõttu järgivad jõudude moodulid võrdsust:

Joon. 4.9

Liigutatava üksuse abil saab raskuse P → keha liigutada jõu F → abil, mille väärtus on poole koorma massist suurem.

Plokid võimaldavad teil keha teatud kaugusel liikuda:

• fikseeritud plokk ei anna tugevust; see muudab ainult rakendatud jõu suunda;
• mobiilseade annab võimenduse 2 korda.

Kuid nii teisaldatavad kui ka fikseeritud klotsid ära anna sisse töö: mitu korda võidame tugevuselt, mitu korda kaotame distantsilt (mehaanika “kuldreegel”).

Näide 22. Süsteem koosneb kahest kaaluta plokist: üks teisaldatav ja teine \u200b\u200bliikumatu. Veok, mis kaalub 0,40 kg, ripub liikuva ploki teljest ja puudutab põrandat. Fikseeritud ploki kohal visatud trossi vabale osale rakendatakse teatud jõudu, nagu on näidatud joonisel. Selle jõu mõjul tõuseb koormus puhkeseisundist 2,0 m kõrgusele 4,0 m. Leidke köiele rakendatud jõu moodul.

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

2 T ′ - m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Koormaga kaetud tee langeb kokku selle kõrgusega põrandapinnast ja on valemi järgi seotud selle liikumise ajaga t

või võttes arvesse kiirendusmooduli avaldist

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

Siin väljendame soovitud jõudu:

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

ja arvutage selle väärtus:

F \u003d 0,40 (4,0 (2,0) 2 + 10 2) \u003d 2,4 N.

Näide 23. Süsteem koosneb kahest kaaluta plokist: üks teisaldatav ja teine \u200b\u200bliikumatu. Osa koormust ripub püsiseadme teljest, nagu näidatud joonisel. Trossi vabale otsale rakendatud pideva jõu mõjul hakkab koormus liikuma pideva kiirendusega ja liigub ülespoole 3,0 m kaugusel 2,0 sekundiga. Koorma liikumise ajal arendab rakendatud jõud keskmise võimsusega 12 vatti. Leidke lasti mass.

Lahendus. Liigutatavatele ja fikseeritud plokkidele mõjuvad jõud on näidatud joonisel.

Kaks jõudu T → mõjutavad fikseeritud plokki trossi küljelt (ploki mõlemal küljel); nende jõudude mõjul puudub bloki translatiivne liikumine. Kõik need jõud on võrdsed trossi otsa rakendatava jõuga F →:

Liigutatavale plokile mõjuvad kolm jõudu: kaks trossi pingutusjõudu T → ′ (ploki mõlemal küljel) ja koorma raskus P → \u003d m g →; Näidatud jõudude mõjul liigub plokk (koos sellest riputatud koormaga) kiirendusega üles.

Kirjutame liikuva ploki jaoks teise Newtoni seaduse kujul:

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

või projektsioonis vertikaalselt ülespoole suunatud koordinaatteljele,

2 T ′ - m g \u003d m a,

kus T ′ on trossi tõmbejõu moodul; m on koorma mass (liikuva üksuse mass koos koormaga); g on vabalangemise kiirendusmoodul; a - ühiku kiirendusmoodul (koormusel on sama kiirendus, seega räägime koorma kiirendusest).

Trossi pingutusmoodul T ′ on võrdne jõu T mooduliga:

seetõttu määratakse koormuse kiirendusmoodul avaldisega

a \u003d 2 F - m g m.

Teisest küljest määratakse koormuse kiirendus läbitud vahemaa valemi abil:

kus t on lasti liikumise aeg.

Võrdõiguslikkus

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

võimaldab saada avaldatud jõu mooduli avalduse:

F \u003d m (S t2 + g2).

Koormus liigub ühtlaselt kiirendatult, seega määratakse selle kiiruse moodul avaldise abil

v \u003d juures

ja keskmine kiirus on

〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

Rakendatud jõu poolt väljatöötatud keskmise võimsuse väärtus määratakse valemiga

〈N〉 \u003d F 〈v〉,

või võttes arvesse jõu mooduli ja keskmise kiiruse avaldisi:

〈N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.

Siit väljendame soovitud massi:

m \u003d 4 t 〈N〉a (2S + g t2).

Asendame kiirenduse avaldise saadud valemiga (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〈N〉S (2S + g t2)

ja arvutage:

m \u003d 2 ⋅ (2,0) 3 ⋅ 12 3,0 (2 ⋅ 3,0 + 10 ⋅ (2,0) 2) ≈ 1,4 kg.

Kaasaegses tehnoloogias kasutatakse laialdaselt koorma tõstmise mehhanisme kaupade ülekandmiseks ehitusplatsidel ja ettevõtetes, mille asendamatud komponendid on lihtsad mehhanismid. Nende hulgas on inimkonna vanimaid leiutisi: plokk ja kang. Vana-Kreeka teadlane Archimedes leevendas inimese tööd, andes talle oma leiutise kasutamisel tugevuse ja õpetas teda jõu suunda muutma.

Plokk on trossi või keti ümber oleva ringi ümber oleva soonega ratas, mille telg on jäigalt kinnitatud seina- või laetala külge.

Tõsteseadmed kasutavad tavaliselt mitte ühte, vaid mitut plokki. Kandevõime suurendamiseks mõeldud plokkide ja kaablite süsteemi nimetatakse ketitõstukiks.

Liigutatav ja fikseeritud plokk on samad iidsed lihtsad mehhanismid kui hoob. Juba 212. aastal eKr haarasid sürakuusalased klotsidega ühendatud konksude ja haaratsite abil roomlastelt piiramisrelvad. Sõjaväesõidukite ehitust ja linna kaitsmist juhtis Archimedes.

Fikseeritud plokki Archimedes peetakse võrdseks haruks.

Ploki ühel küljel tegutsev jõu moment on võrdne jõu teisel hetkel rakendatava jõu momendiga. Neid hetki loovad jõud on samad.

Tugevusest kasu ei saa, kuid selline blokk võimaldab teil muuta jõu suunda, mis on mõnikord vajalik.

Archimedes võttis mobiiliploki ebavõrdse hoobina, andes tugevuse suurenemise 2 korda. Pöörlemiskeskme suhtes on jõudude momente, mis peavad tasakaalus olema võrdsed.

Archimedes uuris liikuva ploki mehaanilisi omadusi ja viis selle ellu. Athenaeuse sõnul "töötati Siracusa türanni Hieroni ehitatud hiiglasliku laeva käivitamiseks välja palju meetodeid, kuid mehaanik Archimedes suutis lihtsate mehhanismide abil laeva mõne inimese abiga teisaldada. Archimedes leiutas ploki ja laskis sinna tohutu laeva". .

Plokk ei anna tööl juurdekasvu, kinnitades mehaanika kuldreeglit. Seda saab hõlpsasti kontrollida, pöörates tähelepanu käe ja raskuse läbitud vahemaadele.

Spordipurjelaevad, nagu mineviku purjelaevad, ei saa purjete seadmisel ja haldamisel plokkideta hakkama. Kaasaegsed laevad vajavad signaalide tõstmiseks plokke, paate.

See liikuvate ja fikseeritud plokkide kombinatsioon elektrifitseeritud raudteeliinil juhtmete pinge reguleerimiseks.

Sellist klotside süsteemi saavad purilennukid kasutada oma sõidukite õhku tõstmiseks.