Liigutatav üksus erineb paigalseisvast selle poolest, et selle telg pole fikseeritud ning see võib koos koormaga tõusta ja kukkuda.

Joonis 1. Mobiilsideüksus

Nagu fikseeritud plokk, koosneb liikuv plokk samast kaablikanaliga rattast. Kuid kaabli üks ots on siin fikseeritud ja ratas on liigutatav. Ratas liigub koos koormaga.

Nagu Archimedes märkis, on mobiilne seade sisuliselt kang ja töötab samal põhimõttel, andes tugevuse suurenemise õlgade erinevuste tõttu.

Joonis 2. Liikuvate plokkide jõud ja jõud

Liigutatav üksus liigub koos koormaga, see justkui lamab köiel. Sel juhul on tugipunkt igal ajahetkel selles kohas, kus plokk on ühel küljel köiega kontaktis, koormus rakendatakse ploki keskele, kus see on teljele kinnitatud, ja veojõud rakendatakse kontaktiga trossiga teisel pool plokki. . St ploki raadius on keharaskuse õlg ja läbimõõt on meie veojõu jõu õlg. Hetkereegel sel juhul näeb välja järgmine:

  $$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$

Seega annab liikuv üksus jõudu kaks korda suurendada.

Tavaliselt kasutatakse fikseeritud ja liikuva ploki kombinatsiooni (joonis 3). Fikseeritud seade on ainult mugavuse tagamiseks. See muudab jõu suunda, võimaldab näiteks koormat tõsta, seistes maapinnal, ja liikuv üksus annab tugevuse.

Joonis 3. Fikseeritud ja teisaldatavate plokkide kombinatsioon

Me kaalusime ideaalseid plokke, st neid, milles hõõrdejõudude mõju ei võetud arvesse. Pärisplokkide jaoks on vaja sisse viia parandustegurid. Kasutage järgmisi valemeid:

Fikseeritud plokk

$ F \u003d f 1/2 mg $

Nendes valemites: $ F $ on rakendatud väline jõud (tavaliselt on see inimese käte tugevus), $ m $ on koormuse mass, $ g $ on raskuskoefitsient, $ f $ on takistuse koefitsient plokis (vooluahelate puhul umbes 1,05, ja köied 1.1).

Liikuvate ja fikseeritud plokkide süsteemi abil tõstab laadur tööriistakasti S S $ \u003d 7 m kõrgusele, rakendades jõudu $ F $ \u003d 160 N. Mis on kasti mass ja mitu meetrit köit peate valima, kui koormus tõuseb? Millist tööd laadur selle tulemusel teeb? Võrrelge seda koormaga tehtud tööga selle liigutamiseks. Liikuva ploki hõõrdumine ja mass on tähelepanuta jäetud.

m $, S_2, A_1, A_2 $ -?

Mobiilne seade annab kahekordse tugevuse suurenemise ja kahekordse kaotuse liikumisel. Fikseeritud seade ei anna tugevust, vaid muudab selle suunda. Seega moodustab rakendatud jõud veose massist poole: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, kust leiame kasti massi: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg $

Lasti liikumine on poole pikem kui valitud köie pikkus:

Laaduri tehtud töö võrdub koorma teisaldamiseks tehtud pingutuse tulemusega: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Koormaga tehtud tööd:

Vastus: kasti mass on 32,65 kg. Valitud trossi pikkus on 14 m. Teostatud töö on 2240 J ja see ei sõltu koorma tõstmise viisist, vaid ainult koorma massist ja lifti kõrgusest.

2. ülesanne

Millist koormust saab tõsta liikuva ploki abil, mis kaalub 20 N, kui tõmbate köie jõuga 154 N?

Kirjutame liikuva ploki hetkereeglid: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, kus $ f $ on trossi parandustegur.

Siis $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Vastus: lasti kaal 260 N.

Praegu eeldame, et ploki ja kaabli mass ning hõõrdumine plokis võib tähelepanuta jääda. Sel juhul võib kaabli pingutusjõudu kõigis selle osades pidada samaks. Lisaks sellele peame kaablit pikendamatuks ja selle mass on tühine.

Fikseeritud plokk

Fikseeritud plokki kasutatakse jõu suuna muutmiseks. Joon. Joonisel 24.1 on näidatud, kuidas fikseeritud plokki saab jõu suuna muutmiseks kasutada. Kuid selle abiga saate jõu jõudu suuna muuta, nagu soovite.

Joonistage fikseeritud ploki kasutamise skeem, millega saate jõu suunda pöörata 90 °.

Kas fikseeritud plokk annab tugevuse? Mõelge sellele joonisel fig. 24,1 a. Kaablit tõmbab kaluri poolt kaabli vabale otsale suunatud jõud. Kaabli pingutusjõud püsib kaabli kohal konstantsena, seetõttu mõjutab kaabli küljest koormust (kalu) sama modulo jõud. Järelikult ei anna fikseeritud plokk tugevust.

Fikseeritud üksuse kasutamisel tõuseb koormus sama palju kui kaabli ots kukub, millele kalur rakendab jõudu. See tähendab, et fikseeritud plokki kasutades ei võida ega kaota me teel.

Liigutatav üksus

Pane kogemus

Kerge liikuva ploki abil koorma tõstmisel arvestame, et kui hõõrdumine on väike, tuleb koorma tõstmiseks rakendada jõudu, mis on umbes 2 korda väiksem kui koorma mass (joonis 24.3). Seega annab liikuv üksus tugevuse suurenemise 2 korda.

Joon. 24,3. Mobiilsideüksuse kasutamisel võidame kaks korda tugevuse, kuid kaotame teel sama palju kordi

Tugevuse kahekordse suurendamise eest peate maksma sama kaotuse teel: koorma tõstmiseks näiteks 1 m võrra peate tõstma üle bloki visatud kaabli otsa 2 m võrra.

Seda, et liikuv plokk annab kahekordse tugevuse suurenemise, saab tõendada ilma kogemusi kasutamata (vt allpool jaotist "Miks liikuv plokk annab kahekordse tugevuse suurenemise?").

Liigutatav üksus erineb paigalseisvast selle poolest, et selle telg pole fikseeritud ning see võib koos koormaga tõusta ja kukkuda.

Joonis 1. Mobiilsideüksus

Nagu fikseeritud plokk, koosneb liikuv plokk samast kaablikanaliga rattast. Kuid kaabli üks ots on siin fikseeritud ja ratas on liigutatav. Ratas liigub koos koormaga.

Nagu Archimedes märkis, on mobiilne seade sisuliselt kang ja töötab samal põhimõttel, andes tugevuse suurenemise õlgade erinevuste tõttu.

Joonis 2. Liikuvate plokkide jõud ja jõud

Liigutatav üksus liigub koos koormaga, see justkui lamab köiel. Sel juhul on tugipunkt igal ajahetkel selles kohas, kus plokk on ühel küljel köiega kontaktis, koormus rakendatakse ploki keskele, kus see on teljele kinnitatud, ja veojõud rakendatakse kontaktiga trossiga teisel pool plokki. . St ploki raadius on keharaskuse õlg ja läbimõõt on meie veojõu jõu õlg. Hetkereegel sel juhul näeb välja järgmine:

  $$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$

Seega annab liikuv üksus jõudu kaks korda suurendada.

Tavaliselt kasutatakse fikseeritud ja liikuva ploki kombinatsiooni (joonis 3). Fikseeritud seade on ainult mugavuse tagamiseks. See muudab jõu suunda, võimaldab näiteks koormat tõsta, seistes maapinnal, ja liikuv üksus annab tugevuse.

Joonis 3. Fikseeritud ja teisaldatavate plokkide kombinatsioon

Me kaalusime ideaalseid plokke, st neid, milles hõõrdejõudude mõju ei võetud arvesse. Pärisplokkide jaoks on vaja sisse viia parandustegurid. Kasutage järgmisi valemeid:

Fikseeritud plokk

$ F \u003d f 1/2 mg $

Nendes valemites: $ F $ on rakendatud väline jõud (tavaliselt on see inimese käte tugevus), $ m $ on koormuse mass, $ g $ on raskuskoefitsient, $ f $ on takistuse koefitsient plokis (vooluahelate puhul umbes 1,05, ja köied 1.1).

Liikuvate ja fikseeritud plokkide süsteemi abil tõstab laadur tööriistakasti S S $ \u003d 7 m kõrgusele, rakendades jõudu $ F $ \u003d 160 N. Mis on kasti mass ja mitu meetrit köit peate valima, kui koormus tõuseb? Millist tööd laadur selle tulemusel teeb? Võrrelge seda koormaga tehtud tööga selle liigutamiseks. Liikuva ploki hõõrdumine ja mass on tähelepanuta jäetud.

m $, S_2, A_1, A_2 $ -?

Mobiilne seade annab kahekordse tugevuse suurenemise ja kahekordse kaotuse liikumisel. Fikseeritud seade ei anna tugevust, vaid muudab selle suunda. Seega moodustab rakendatud jõud veose massist poole: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, kust leiame kasti massi: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg $

Lasti liikumine on poole pikem kui valitud köie pikkus:

Laaduri tehtud töö võrdub koorma teisaldamiseks tehtud pingutuse tulemusega: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Koormaga tehtud tööd:

Vastus: kasti mass on 32,65 kg. Valitud trossi pikkus on 14 m. Teostatud töö on 2240 J ja see ei sõltu koorma tõstmise viisist, vaid ainult koorma massist ja lifti kõrgusest.

2. ülesanne

Millist koormust saab tõsta liikuva ploki abil, mis kaalub 20 N, kui tõmbate köie jõuga 154 N?

Kirjutame liikuva ploki hetkereeglid: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, kus $ f $ on trossi parandustegur.

Siis $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Vastus: lasti kaal 260 N.

Uurimisülesande aruanne

"Plokkide süsteemi uurimine, mis annab tugevust juurde 2, 3, 4 korda"

7. klassi õpilased.

76. keskkool, Jaroslavl

Töö teema: Plokkide süsteemi uurimine, mis annab tugevust juurde 2, 3, 4 korda.

Töö eesmärk: Kasutades plokisüsteeme, saavutage tugevuse suurenemine 2, 3, 4 korda.

Varustus   teisaldatavad ja fikseeritud klotsid, statiivid, siduri jalad, raskused, köis.

Tööplaan:

Uurida teoreetilist materjali teemal “Lihtsad mehhanismid. Klotsid ";

Koguge ja kirjeldage paigaldisi - blokeerige süsteemid, mis annavad tugevuse suurendamise 2, 3, 4 korda.

Katse tulemuste analüüs;

Järeldus

“Pisut klotsidest”

Kaasaegses tehnoloogias kasutatakse laialdaselt tõstemehhanisme, mille asendamatuid komponente võib nimetada lihtsateks mehhanismideks. Nende hulgas on plokkideks inimkonna vanimad leiutised. 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.

Füüsikatundides õpime liikuvat ja liikumatut plokki. Fikseeritud plokki kasutades saate jõu suunda muuta. Liikuv blokk - langus annab tugevuse suurenemise 2 korda.Fikseeritud plokk  Archimedese peetakse võrdseks hoobiks. Fikseeritud ploki ühel küljel tegutsev jõu moment on võrdne jõu teisel hetkel rakendatava jõu momendiga. Neid hetki loovad jõud on samad. Ja mobiiliplokk Archimedes võttis ebavõrdse hoova. Pöörlemiskeskme suhtes on jõudude momente, mis peavad tasakaalus olema võrdsed.

Plokkjoonised:

2. Paigaldiste kokkupanek - plokkide süsteemid, mis annavad tugevust juurde 2, 3 ja 4 korda.

Me kasutame tööl lastimille kaal on 4 N   (Joonis 3).

Joon. 3

Liigutatavaid ja fikseeritud plokke kasutades pani meie meeskond kokku järgmised üksused:

2-kordne plokisüsteem   (Joonis 4 ja joonis 5).

Selles plokisüsteemis kasutatakse liikuvaid ja fikseeritud plokke. Selline kombinatsioon annab tugevuse suurenemise kaks korda. Seetõttu tuleb punkti A rakendada jõud, mis on võrdne poole koorma kaaluga.

Joonis 4

Joonis 5

Fotol (joonis 5) on näha, et see säte annab tugevuse suurendamise 2-kordselt, dünamomeeter näitab jõudu umbes 2 N. Kaks trossi pärinevad koormusest. Plokkide kaalu ei võeta arvesse.

3-kordne plokisüsteem . Joonised 6 ja 7

See plokisüsteem kasutab kahte liikuvat ja fikseeritud plokki. Selline kombinatsioon annab tugevuse kolmekordse suurenemise. Meie paigaldise tööpõhimõte korrutisega 3 (võimsuse suurendamine 3 korda) näeb välja nagu joonisel näidatud. Trossi ots kinnitatakse platvormile, seejärel visatakse köis läbi fikseeritud ploki. Veelkord läbi liikuva ploki, mis hoiab platvormi koos koormaga. Seejärel tõmmake köis läbi teise fikseeritud ploki. Seda tüüpi mehhanismid tugevdavad tugevust 3 korda, see on veider variant. Me kasutame lihtsat reeglit: mitu köit koormusest tuleb, see on meie tugevuse kasv. Trossi pikkuses kaotame täpselt nii mitu korda, mitu korda tugevuse suurenemine.

Joonis 6

Joonis 7

Joonis 8

Fotol (joonis 8) on näha, et dünamomeeter näitab jõudu umbes 1,5 N. Viga näitab liikuva üksuse ja platvormi kaalu. Lastilt tuleb kolm köit.

4-kordne plokisüsteem .

See plokisüsteem kasutab kahte liikuvat ja kahte fikseeritud plokki. Selline kombinatsioon annab tugevuse neljakordselt. (Joonis 9 ja joonis 10).

Joon. 9

Joonis 10

Fotol (joonis 10) on näha, et see säte annab tugevuse suurendamise 4-kordselt, dünamomeeter näitab jõudu umbes 1 N. Koormusest tuleb neli köit.

Järeldus:

Trossidest ja klotsidest koosnev liikuvate ja fikseeritud klotside süsteem võimaldab teil võita efektiivse tugevusega ja kaotada pikkuse. Me kasutame lihtsat reeglit - mehaanika kuldreeglit: kui palju köisi tuleb koormusest, see on meie tugevuse kasv. Trossi pikkuses kaotame täpselt nii mitu korda, mitu korda tugevuse suurenemine. Tänu sellele mehaanika kuldreeglile on võimalik suure massiga koormaid tõsta ilma suuri pingutusi tegemata.

Seda reeglit teades saate luua plokisüsteeme - polyspast, mis võimaldavad võita võimu n-ö mitu korda. Seetõttu kasutatakse plokke ja plokisüsteeme laialdaselt meie elu erinevates valdkondades. Lkteisaldatavaid ja fikseeritud klotse kasutatakse autode käikudes laialdaselt. Lisaks kasutavad ehitajad plokke suurte ja väikeste koormate tõstmiseks (näiteks hoonete välisfassaadide remontimisel töötavad ehitajad sageli hällis, mis võib liikuda korruste vahel. Pärast põrandatööde lõpetamist saavad töötajad hälli kiiresti kõrgemale põrandale viia, kasutades selleks samas ainult nende endi tugevus). Plokid on nii laialt levinud nende kokkupanemise lihtsuse ja nendega töötamise mugavuse tõttu.

Plokid klassifitseeritakse lihtsate mehhanismidena. Nende jõudude teisendamiseks mõeldud seadmete rühmas on lisaks plokkidele ka kang, kaldtasapind.

Definitsioon

Blokeeri  - kindel keha, millel on võime pöörata ümber fikseeritud telje.

Plokid on tehtud ketaste (rattad, madalad silindrid jne) kujul, millel on soon, mille kaudu läbitakse köis (torso, köis, kett).

Fikseeritud on fikseeritud teljega plokk (joonis 1). Koorma tõstmisel see ei liigu. Fikseeritud plokki võib käsitada kangina, millel on võrdsed õlad.

Ploki tasakaalu tingimus on sellele mõjuvate jõudude momentide tasakaalunumber:

Joonis 1 olev plokk on tasakaalus, kui niitide tõmbejõud on võrdsed:

kuna nende jõudude õlad on ühesugused (OA \u003d OV). Fikseeritud seade ei anna tugevust, kuid see võimaldab teil muuta jõu toimimissuunda. Ülalt ülalt liikuvale köiele tõmbamine on sageli mugavam kui alt üles minevale köiele tõmbamine.

Kui fikseeritud ploki kohal visatud köie ühe otsaga seotud koorma mass on m, siis selle tõstmiseks tuleks köie teise otsa rakendada jõud F, mis on võrdne:

eeldusel, et hõõrdejõudu plokis me ei arvesta. Kui on vaja arvestada hõõrdumisega plokis, sisestatakse takistuse koefitsient (k), siis:

Sujuv liikumatu tugi võib olla asendusplokk. Sellise toe peale visatakse köis (köis), mis libiseb piki tuge, kuid hõõrdejõud suureneb.

Fikseeritud plokk ei anna tööl võitu. Rajad, mis läbivad jõudude rakenduspunkte, on samad, jõuga võrdsed, seega võrdsed tööga.

Tugevuse suurendamiseks kasutatakse fikseeritud plokkide abil plokkide kombinatsiooni, näiteks kahekordset plokki. Kui plokkidel peab olema erinev läbimõõt. Need on omavahel omavahel liikumatult ühendatud ja paigaldatud ühele teljele. Iga ploki külge on kinnitatud köis, nii et seda saab plokile keerata või libisemata lahti libistada. Jõudude õlad on siis ebavõrdsed. Topeltplokk toimib erineva pikkusega õlgadega kangina. Joonis 2 näitab topeltplokki.

Joonisel 2 toodud kangi tasakaalutingimus on järgmine valem:

Duaalne seade suudab toite teisendada. Rakendades väiksema raadiusega ploki ümber keritavale köitele väiksemat jõudu, saadakse jõud, mis toimib köie kergitatava külje ümber väiksema raadiusega ploki ümber.

Liikuv plokk on plokk, mille telg liigub koos koormaga. Joon. 2 teisaldatavat plokki võib käsitada erineva suurusega õlgadega kangina. Sel juhul on punkt O kangi tugipunkt. OA on jõu õlg; OB on võimu õlg. Vaatleme pic. 3. Jõu õlg on kaks korda suurem kui jõu õlg, seetõttu on tasakaalu saavutamiseks vajalik, et jõu F suurus oleks kaks korda väiksem kui jõu P moodul:

Võime järeldada, et teisaldatava ploki abil saame kaks korda jõudu juurde. Liikuva ploki tasakaalutingimus ilma hõõrdejõudu arvesse võtmata kirjutatakse järgmiselt:

Kui proovite arvesse võtta hõõrdejõudu plokis, sisestage ploki takistuse koefitsient (k) ja saadakse järgmine väärtus:

Mõnikord kasutatakse liikuva ja fikseeritud ploki kombinatsiooni. Selles kombinatsioonis kasutatakse mugavuse huvides fikseeritud seadet. See ei anna tugevust, vaid võimaldab muuta jõu suunda. Liikuvat seadet kasutatakse rakendatava jõu suuruse muutmiseks. Kui plokki katva köie otsad teevad horisondi suhtes samad nurgad, siis on koormust mõjutava jõu suhe keharaskusse võrdne ploki raadiuse ja kaare akordi vahelise suhtega, mille köis katab. Kui trossid on paralleelsed, on koorma tõstmiseks vajalik jõud kaks korda väiksem kui tõstetava koorma mass.

Mehaanika kuldreegel

Töö lihtsaks saamise mehhanismid seda ei tee. Kui palju me jõudu võidame, kaotame sama mitu korda kauguses. Kuna töö võrdub nihkejõu skalaarkorrutisega, siis liikuvate (nagu ka liikumatute) plokkide kasutamisel see ei muutu.

Valemi vormis võib kuldreegli kirjutada järgmiselt:

kus on tee, mida jõu rakendamise punkt läbib - jõu rakendamise punkti läbitav tee.

Kuldreegel on energia säästmise seaduse kõige lihtsam sõnastus. See reegel kehtib mehhanismide ühtlase või peaaegu ühetaolise liikumise korral. Trosside otste translatiivse liikumise vahemaad seostatakse plokkide (ja) raadiustega järgmiselt:

Topeltploki kuldreegli täitmiseks on vaja, et:

Kui jõud on tasakaalus, puhkab või liigub blokk ühtlaselt.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

NÄIDE 2