Bibliograafiline kirjeldus: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Kaasaegne vaade lihtsale "ploki" mehhanismile, mida uuritakse 7. klassi füüsikaõpikutes // Noor teadlane. 2016. nr 2. Lk 106-113..07.2019).

Füüsikaõpikud 7. klassile lihtsa plokkmehhanismi õppimisel tõlgendavad võitu erinevalt jõud koorma tõstmisel kasutades seda mehhanismi, näiteks: in Perõškini õpik A. B. võidud sisse tugevus saavutatakse kasutades ploki ratast, millele mõjuvad kangi jõud, ja Gendensteini õpikus L. E. sama võidud saadakse kasutades kaablit, mis on allutatud kaabli pingutusjõule. Erinevad õpikud, erinevad ained ja erinevad jõud - võitude saamiseks jõudu koorma tõstmisel. Seetõttu on selle artikli eesmärk otsida objekte ja tugevus, koos mille kaudu võidud saadakse jõu abil koorma tõstmisel lihtsa plokkmehhanismiga.

Võtmesõnad:

Kõigepealt vaatame ja võrdleme, kuidas saadakse tugevuse juurdekasvu lihtsa plokkmehhanismiga koorma tõstmisel, 7. klassi füüsikaõpikutes Selleks paigutame tabelisse väljavõtted samade mõistetega õpikutekstidest selguse huvides.

Teeme kokkuvõtte õpikute tekstide ja piltide ülevaatest ja võrdlusest:

A. V. Perõškini õpikus tugevuse suurenemise tõendamine toimub ploki rattal ja mõjuvaks jõuks on kangi jõud; koorma tõstmisel ei anna statsionaarne plokk tugevuse kasvu, kuid liigutatav plokk annab 2-kordse jõu juurdekasvu. Ei räägita kaablist, mille küljes koorem ripub fikseeritud ploki küljes ja teisaldatavast plokist koormaga.

Seevastu Gendenstein L.E. õpikus on jõuvõimenduse tõendamine läbi viidud trossil, mille küljes ripub koorem või koormaga teisaldatav plokk ja mõjuvaks jõuks on kaabli pingutusjõud; koorma tõstmisel võib statsionaarne plokk anda 2-kordse tugevuse kasvu, kuid plokiratta kangi tekstis pole juttu.

Jõuvõimendust kirjeldava kirjanduse otsimine ploki ja kaabli abil viis akadeemik G. S. Landsbergi toimetatud “Füüsika algõpiku” §84-ni. Lihtmasinatel lk 168–175 on antud kirjeldused: "lihtplokk, topeltplokk, värav, rihmaratas ja diferentsiaalplokk." Tõepoolest, oma konstruktsiooni järgi annab "topeltplokk koormuse tõstmisel tugevuse suurenemise, mis on tingitud plokkide raadiuste pikkuse erinevusest", mille abil koorem tõstetakse, ja "rihmarattaplokk annab tugevuse suurenemine koorma tõstmisel trossi tõttu, mille mitmel osal koorem ripub. Seega oli võimalik välja selgitada, miks plokk ja tross (köis) annavad koormuse tõstmisel tugevuse juurde, kuid ei õnnestunud välja selgitada, kuidas plokk ja tross omavahel interakteeruvad ja koorma raskust üle kannavad. koormake üksteisele, kuna koormuse saab riputada kaablile ja kaabel visatakse üle ploki või koorem võib ploki küljes rippuda ja plokk ripub kaabli küljes. Selgus, et kaabli tõmbejõud on konstantne ja toimib kogu kaabli pikkuses, mistõttu koormuse raskuse ülekandmine kaabli poolt plokile toimub igas kaabli ja ploki kokkupuutepunktis. , samuti plokile riputatud koormuse raskuse ülekandmine kaablile. Ploki ja kaabli vastastikuse mõju selgitamiseks viime läbi katseid, et saada koorma tõstmisel liikuva plokiga jõudu, kasutades kooli füüsikaklassi varustust: dünamomeetrid, laboriplokid ja raskuste komplekt 1N-s. (102 g). Alustame katseid liikuva plokiga, sest meil on kolm erinevad versioonid võimsuse suurendamine selle plokiga. Esimene versioon on “Joon.180. Liikuv plokk kui kang ebavõrdsete kätega" - õpik A. V. Peryshkin, teine ​​"Joon. 24.5... kaks võrdset tõmbejõudu F" - vastavalt õpikule L. E. Gendenstein ja lõpuks kolmas "Jn 145 Tõmbeplokk" . Koorma tõstmine rihmaratta liigutatava klambriga ühe köie mitmel osal - G. S. Landsbergi õpiku järgi.

Kogemus nr 1. "Joonis 183"

Katse nr ebavõrdsete õlgadega hoob OAB, nagu joonisel 180, ja alustage koorma tõstmist asendist 1 asendisse 2. Samal hetkel hakkab plokk pöörlema ​​ümber oma telje punktis A ja punktis B. , kangi ots, mille taga toimub tõstmine, väljub poolringist, mida mööda tross liigub altpoolt ümber liikuva ploki. Punkt O - kangi tugipunkt, mis peaks olema paigal, läheb alla, vt "Joonis 183" - asend 2, st ebavõrdsete õlgadega kang OAB muutub nagu võrdsete õlgadega kang (punktid O ja B läbivad sama. teed).

Tuginedes katses nr 1 saadud andmetele OAB kangi asendi muutumise kohta liikuval plokil koorma tõstmisel asendist 1 asendisse 2, võime järeldada, et liikuva ploki kujutamine ebavõrdsete õlgadega hoovana joonisel 180 vastab koormuse tõstmisel ploki ümber oma telje pöörlemisega võrdsete õlgadega hoob, mis ei anna koormuse tõstmisel tugevust.

Alustame katset nr 2 kinnitades kaabli otstesse dünamomeetrid, mille külge riputame liikuva ploki koormaga 102 g, mis vastab raskusjõule 1 N. Kinnitame kaabli ühe otsa tross vedrustuse peale ja kaabli teise otsa abil tõstame koorma liikuvale plokile. Enne tõusu olid mõlema dünamomeetri näidud tõusu alguses 0,5 N, dünamomeetri näidud, mille puhul tõus toimus, muutusid tõusu lõpus 0,6 N; Näidud taastusid 0,5 N. Fikseeritud vedrustuse jaoks fikseeritud dünamomeetri näidud tõusu ajal ei muutunud ja jäid võrdseks 0,5 N. Analüüsime katse tulemusi:

1. Enne tõstmist, kui liikuval plokil ripub 1 N (102 g) koorem, jaotatakse koormuse kaal kogu ratta peale ja kantakse kaablile, mis läheb altpoolt ümber ploki, kasutades kogu ploki poolringi. ratas.
2. Enne tõstmist on mõlema dünamomeetri näidud 0,5 N, mis näitab 1 N (102 g) koormuse massi jaotumist kaabli kahele osale (enne ja pärast plokki) või trossi tõmbejõudu. on 0,5 N ja on sama kogu kaabli pikkuses (sama alguses, sama kaabli lõpus) ​​– mõlemad väited on tõesed.

Võrdleme katse nr 2 analüüsi õpikute versioonidega liikuva ploki abil 2-kordse tugevuse suurendamise kohta. Alustame Gendenstein L.E õpiku väitega „... et plokile rakendatakse kolm jõudu: allapoole suunatud koormuse kaal P ja ülespoole suunatud kaabli kaks identset pingutusjõudu (joonis 24.5). .” Õigem oleks öelda, et koorma kaal on “Joon. 14,5" jaotati kaabli kaheks osaks, enne ja pärast plokki, kuna kaabli pingutusjõud on üks. Jääb üle analüüsida allkirja “Joonis 181” õpikust A. V. Peryshkin “Liigutatavate ja fikseeritud plokkide kombinatsioon - rihmaplokk. Seadme kirjeldus ja tugevuse suurenemine raskuse tõstmisel rihmarattaga on toodud Füüsika algõpikus, toim. Lansberg G.S. kus öeldakse: "Iga plokkide vahel olev köiejupp mõjub liikuvale koormale jõuga T ja kõik köiejupid mõjuvad jõuga nT, kus n on mõlemat ühendavate trossiosade arv. ploki osad." Selgub, et kui rakendada “Joonisele 181” G. S. Landsbergi füüsika algõpikust pärit rihmaratta “mõlemat osa ühendava köiega” kehtivat võimendust, siis liikuva plokiga kehtiva võimenduse kirjeldust. "Joonis 179" ja vastavalt ka joonisel 180" oleks viga.

Olles analüüsinud nelja füüsikaõpikut, võime järeldada, et olemasolev kirjeldus tugevuse suurendamise kohta lihtsa plokkmehhanismi abil ei vasta. tegelik olukord asjadest ja nõuab seetõttu lihtsa plokkmehhanismi töö uut kirjeldust.

Lihtne tõstemehhanism koosneb plokist ja kaablist (köis või kett).

Selle tõstemehhanismi plokid jagunevad:

disaini järgi lihtsaks ja keeruliseks;

vastavalt raskuste tõstmise meetodile teisaldatavateks ja statsionaarseteks.

Alustame plokkide kujundusega tutvumist lihtne plokk, mis on ümber oma telje pöörlev ratas, mille ümbermõõt on soonega trossi (köie, keti) jaoks Joon. 1 ja seda võib vaadelda kui võrdse käega hooba, mille jõudude õlgad on võrdsed raadiusega ratas: OA=OB=r. Selline plokk ei suurenda tugevust, kuid võimaldab teil muuta kaabli (köis, kett) liikumissuunda.

Kahekordne plokk koosneb kahest erineva raadiusega plokist, mis on omavahel jäigalt kinnitatud ja kinnitatud ühisele teljele joonisel 2. Plokkide r1 ja r2 raadiused on erinevad ning koormuse tõstmisel toimivad need nagu ebavõrdsete õlgadega hoob ning jõuvõimendus võrdub suurema läbimõõduga ploki raadiuste pikkuste suhtega. väiksema läbimõõduga plokk F = Р·r1/r2.

Värav koosneb silindrist (trumlist) ja selle külge kinnitatud käepidemest, mis toimib suure läbimõõduga plokina Krae poolt antud jõuvõimendus määratakse käepidemega kirjeldatud ringi raadiuse R suhtega raadiusse. silindri r, millele köis on keritud F = Р r/ R.

Liigume edasi plokkidega koorma tõstmise meetodi juurde. Disaini kirjelduse järgi on kõigil plokkidel telg, mille ümber nad pöörlevad. Kui ploki telg on fikseeritud ja koormate tõstmisel ei tõuse ega lange, siis nimetatakse sellist plokki fikseeritud plokküheplokk, topeltplokk, värav.

U liikuv plokk telg tõuseb ja langeb koos koormaga (joon. 10) ja see on mõeldud peamiselt kaabli painde kõrvaldamiseks koormuse riputuskohas.

Tutvume koorma tõstmise seadme ja meetodiga lihtsa tõstemehhanismi teine ​​osa on tross, köis või kett. Tross on valmistatud terastraatidest, köis keermedest või niitidest ja kett koosneb omavahel ühendatud lülidest.

Koorma riputamise ja tugevuse suurendamise meetodid koorma tõstmisel kaabliga:

Joonisel fig. 4, koorem on fikseeritud kaabli ühes otsas ja kui tõstate koormat kaabli teisest otsast, on selle koormuse tõstmiseks vaja jõudu, mis on veidi suurem kui koorma kaal, kuna lihtne plokk tugevuse suurenemine ei anna F = P.

Joonisel fig 5 tõstab töötaja koormat kaabli abil, mis läheb ülalt ümber lihtsa ploki, kaabli esimese osa ühes otsas on iste, millel töötaja istub, ja kaabli teises osas; töötaja tõstab ennast jõuga, mis on 2 korda väiksem kui tema kaal, kuna töötaja kaal jagunes kaabli kaheks osaks, millest esimene - istmelt plokini ja teine ​​- plokist töötaja käteni F = P/2.

Joonisel 6 tõstavad koormat kaks töötajat kahe trossi abil ja koormuse kaal jaotub kaablite vahel võrdselt ja seetõttu tõstab iga töötaja koormat jõuga, mis on poole koormuse kaalust F = P/ 2.

Joonisel 7 tõstavad töötajad koormat, mis ripub ühe kaabli kahel osal ja koormuse kaal jaotatakse võrdselt selle kaabli osade vahel (nagu kahe kaabli vahel) ja iga töötaja tõstab koormat jõuga võrdne poole koormuse kaaluga F = P/2.

Joonisel 8 kinnitati kaabli ots, millega üks töötajatest koormat tõstis, statsionaarsele vedrustusele ja koorma raskus jaotati kaabli kaheks osaks ning kui töötaja tõstis kaabli teise otsa võrra, kahekordistus jõud, millega töötaja koormat tõstaks vähem kaalu koormus F = P/2 ja koorma tõstmine on 2 korda aeglasem.

Joonisel 9 ripub koorem ühe kaabli 3 osa küljes, mille üks ots on fikseeritud ja koormuse tõstmisel mõjuv jõuvõimendus on 3, kuna koormuse kaal jaotub kolmele osale. kaabel F = P/3.

Painde kõrvaldamiseks ja hõõrdejõu vähendamiseks paigaldatakse koormuse riputuskohta lihtne plokk ja koormuse tõstmiseks vajalik jõud ei ole muutunud, kuna lihtne plokk ei anna tugevuse kasvu, joon. 10 ja joonis 11 ning plokki ennast nimetatakse liikuv plokk, kuna selle ploki telg tõuseb ja langeb koos koormusega.

Teoreetiliselt saab koormat riputada piiramatul arvul ühe kaabli osadel, kuid praktikas on need piiratud kuue osaga ja sellist tõstemehhanismi nimetatakse nn. ketttõstuk, mis koosneb fikseeritud ja teisaldatavast lihtplokkidega klambrist, mis on vaheldumisi kaabliga ümbritsetud, üks ots on fikseeritud fikseeritud klambri külge ja koorma tõstmiseks kasutatakse kaabli teist otsa. Tugevuse suurenemine sõltub kaabli osade arvust fikseeritud ja teisaldatava puuri vahel, reeglina on see 6 osa kaablist ja tugevuse suurenemine on 6 korda.

Artiklis vaadeldakse tegelikku vastasmõju plokkide ja kaabli vahel koorma tõstmisel. Olemasolev praktika määramisel, et "fikseeritud plokk ei anna tugevuse kasvu, kuid liigutatav plokk annab jõudu 2-kordselt", tõlgendas ekslikult kaabli ja ploki koostoimet. tõstemehhanism ja ei peegeldanud plokikujunduste täielikku mitmekesisust, mis viis ploki kohta ühekülgsete ekslike ideede väljatöötamiseni. Võrreldes olemasolevate lihtsa plokimehhanismi uurimise materjalimahtudega on artikli maht kasvanud 2 korda, kuid see võimaldas lihtsas tõstemehhanismis toimuvaid protsesse selgelt ja arusaadavalt selgitada mitte ainult õpilastele, vaid ka õpetajatele.

Kirjandus:

1. Pyryshkin, A.V. Füüsika, 7. klass: õpik / A.V., täiendav - M.: Bustard, 2014, - 224 lk. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Kangi tasakaalureegli rakendamine plokile, lk 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Füüsika. 7. klass. Kell 14 1. osa Õpik for õppeasutused/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Koževnikov; toimetanud V. A. Orlova, I. I. Roizen – 2. väljaanne, parandatud. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 lk.: ill. ISBN 978-5-346-01453-9. § 24. Lihtmehhanismid, lk 188–196.
3. Akadeemik G. S. Landsbergi toimetatud füüsika algõpik 1. köide. Mehaanika. Kuumus. Molekulaarfüüsika - 10. väljaanne - M.: Nauka, 1985. § 84. Lihtmasinad, lk 168–175.
4. Gromov, S. V. Füüsika: õpik. 7. klassi jaoks. üldharidus institutsioonid / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. väljaanne. - M.: Haridus, 2001.-158 lk.,: ill. ISBN-5-09-010349-6. §22. Plokk, lk.55 -57.

Võtmesõnad: plokk, topeltplokk, fikseeritud plokk, liigutatav plokk, rihmaratas..

Märkus: 7. klassi füüsikaõpikud tõlgendavad lihtsat plokkmehhanismi õppides erinevalt selle mehhanismi abil koorma tõstmisel tekkivat jõuvõimendust, näiteks: A. V. Perõškini õpikus saavutatakse jõu võimendus ratta abil. plokk, millele mõjuvad kangi jõud ja Gendensteini L.E õpikus saadakse sama võimendus trossi abil, millele mõjub trossi pingutusjõud. Erinevad õpikud, erinevad esemed ja erinevad jõud – koormuse tõstmisel tugevuse suurendamiseks. Seetõttu on käesoleva artikli eesmärk otsida objekte ja jõude, mille abil saab lihtsa plokkmehhanismiga koorma tõstmisel jõudu juurde.

4.1. Staatilised elemendid

4.1.7. Mõned lihtsad mehhanismid: plokid

Seadmeid, mis on ette nähtud koormate liigutamiseks (tõstmiseks, langetamiseks), kasutades ratast ja sellest läbi lastud keerme, millele rakendatakse teatud jõudu, nimetatakse plokkideks. Seal on fikseeritud ja teisaldatavad klotsid.

Klotsid on ette nähtud P → kaaluva koormuse liigutamiseks, kasutades üle ratta visatud köiele rakendatavat jõudu F →.

Sest mis tahes tüüpi plokid(paigalseisev ja mobiilne) on tasakaalutingimus täidetud:

d 1 F = d 2 P,

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

IN fikseeritud plokk(joonis 4.8) jõudude F → ja P → harud on identsed ja võrdsed ploki raadiusega:

d 1 = d 2 = R,

seetõttu on jõumoodulid üksteisega võrdsed:

F = P.

Riis. 4.8

Statsionaarset plokki kasutades saab P → kaaluvat keha liigutada, rakendades jõudu F → , mille suurus langeb kokku koormuse massiga.

Liikuvas plokis (joonis 4.9) on jõudude F → ja P → harud erinevad:

d 1 = 2R ja d 2 = R,

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

seetõttu järgivad jõumoodulid võrdsust:

Riis. 4.9

Liigutatava ploki abil saab liigutada keha, mis kaalub P →, rakendades jõudu F →, mille väärtus on pool koormuse massist.

Plokid võimaldavad teil keha teatud kaugusele nihutada:

• statsionaarne plokk ei anna tugevust; see muudab ainult rakendatud jõu suunda;
• liigutatav plokk annab 2-kordse tugevuse.

Küll aga nii liigutatavaid kui ka fikseeritud klotse ei anna võitu töö: mitu korda võidame jõus, mitu korda kaotame distantsil (“ kuldne reegel» mehaanika).

Näide 22. Süsteem koosneb kahest kaaluta plokist: ühest liigutavast ja teisest statsionaarsest. Liikuva ploki telje küljes ripub 0,40 kg mass, mis puudutab põrandat. Üle statsionaarse ploki visatud köie vabale otsale rakendatakse teatud jõud, nagu on näidatud joonisel. Selle jõu mõjul tõuseb koormus puhkeolekust 4,0 m kõrgusele 2,0 sekundiga. Leidke köiele rakendatava jõu suurus.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T ′ − m g = m a ,

a = 2 F − m g m .

Koorma läbitud tee kattub selle kõrgusega põrandapinnast ja on valemiga seotud selle liikumise ajaga t

või võttes arvesse kiirendusmooduli avaldist

h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Väljendame vajalikku jõudu siit:

F = m (h t 2 + g 2)

ja arvutage selle väärtus:

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

Näide 23. Süsteem koosneb kahest kaaluta plokist: ühest liigutavast ja teisest statsionaarsest. Fikseeritud ploki teljele riputatakse teatud koormus, nagu on näidatud joonisel. Köie vabale otsale rakendatava konstantse jõu mõjul hakkab koorem liikuma pideva kiirendusega ja liigub 2,0 sekundiga 3,0 m kaugusele. Koorma liikumise ajal arendab rakendatav jõud keskmiselt 12 W võimsust. Leidke koorma mass.

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

Statsionaarsele plokile mõjuvad trossi küljelt (mõlemal pool plokki) kaks jõudu T →; Nende jõudude mõjul ei toimu ploki edasiliikumist. Iga näidatud jõud on võrdne jõuga F →, mis rakendatakse köie otsale:

Liigutatavale plokile mõjuvad kolm jõudu: kaks trossi pingutusjõudu T → ′ (mõlemal pool plokki) ja koormuse kaal P → = m g → ; nende jõudude mõjul liigub plokk (koos sellel riputatud koormaga) kiirendusega ülespoole.

Kirjutame Newtoni teise seaduse liikuva ploki jaoks kujul:

2 T → ′ + P → = m a → ,

või projektsioonis peale koordinaatide telg, suunatud vertikaalselt üles,

2 T ′ − m g = m a ,

kus T ′ on trossi pingutusjõu moodul; m on koormuse mass (liikuva ploki mass koos koormaga); g - vabalangemise kiirendusmoodul; a on ploki kiirendusmoodul (koormusel on sama kiirendus, seega räägime edaspidi koormuse kiirendusest).

Trossi pingutusjõu moodul T ′ on võrdne jõu mooduliga T:

seetõttu määratakse koormuse kiirendusmoodul avaldisega

a = 2 F − m g m .

Teisest küljest määratakse koormuse kiirendus läbitud vahemaa valemiga:

kus t on lasti liikumise aeg.

Võrdsus

2 F − m g m = 2 S t 2

võimaldab meil saada rakendatava jõu mooduli avaldise:

F = m (S t 2 + g 2) .

Koormus liigub ühtlaselt kiirendatult, seega määratakse selle kiiruse moodul avaldisega

v = juures,

ja keskmine kiirus on

〈 v 〉 = S t = a t 2 .

Suurusjärk keskmise võimsusega, mida arendab rakendatud jõud, määratakse valemiga

〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ,

või võttes arvesse jõumooduli ja keskmise kiiruse avaldisi:

〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

Siit väljendame vajaliku massi:

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2) .

Asendame kiirenduse avaldise (a = 2S /t 2) saadud valemis:

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

ja teeme arvutused:

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

Uurimistöö aruanne

"Uuring plokkide süsteemist, mis suurendavad tugevust 2, 3, 4 korda"

7. klassi õpilased.

Keskkool nr 76, Jaroslavl

Teema: Plokkide süsteemi uurimine, mis annavad tugevuse 2, 3, 4 korda.

Töö eesmärk: Plokksüsteemide abil saate tugevuse suurenemist 2, 3, 4 korda.

Varustus: liigutatavad ja fikseeritud klotsid, statiivid, jalad koos haakeseadistega, raskused, köis.

Tööplaan:

Õppeteoreetiline materjal teemal „Lihtsad mehhanismid. Plokid";

Koguge ja kirjeldage paigaldisi - plokkide süsteeme, mis annavad tugevuse 2, 3, 4 korda.

Katse tulemuste analüüs;

Järeldus

"Natuke plokkidest"

IN kaasaegne tehnoloogia tõstemehhanisme kasutatakse laialdaselt ja need on asendamatud komponendid mida võib nimetada lihtsateks mehhanismideks. Nende hulgas on inimkonna vanimad leiutised - plokid. Vana-Kreeka teadlane Archimedes tegi inimese töö lihtsamaks, andes talle leiutist kasutades jõudu juurde ja õpetas muutma jõu suunda.

Plokk on ratas, mille ümbermõõdul on soon trossi või keti jaoks, mille telg on jäigalt kinnitatud seina või laetala. Tõsteseadmed Tavaliselt ei kasutata ühte, vaid mitut plokki. Kandevõime suurendamiseks mõeldud plokkide ja kaablite süsteemi nimetatakse ketttõstukiks.

Füüsikatundides uurime liigutatavaid ja statsionaarseid plokke. Fikseeritud plokki kasutades saate muuta jõu suunda. Ja liigutatav plokk - selle vähendamine annab 2-kordse tugevuse.Fikseeritud plokkArchimedes pidas seda võrdse käega kangiks. Statsionaarse ploki ühele küljele mõjuv jõumoment on võrdne ploki teisele küljele rakenduva jõumomendiga. Neid hetki loovad jõud on samuti samad. Ja Archimedes võttis liikuva ploki ebavõrdse käega kangiks. Pöörlemiskeskme suhtes mõjuvad jõudude momendid, mis tasakaalus peavad olema võrdsed.

Plokkide joonised:

2. Montaažipaigaldised - plokkide süsteemid, mis suurendavad tugevust 2, 3 ja 4 korda.

Oma töös kasutame koormust,mille kaal on 4 N (Joon.3).

Riis. 3

Kasutades liigutatavaid ja fikseeritud klotse, pani meie meeskond kokku järgmised seaded:

Plokisüsteem, mis annab 2x tugevuskasvu (Joon.4 ja Joon.5).

See rihmarataste süsteem kasutab liikuvat ja fikseeritud rihmaratast. See kombinatsioon kahekordistab tugevust. Seetõttu tuleb punktile A rakendada jõudu, mis võrdub poole koormuse massiga.

Joonis 4

Joonis 5

Foto (joonis 5) näitab seda see paigaldus annab 2-kordse jõuvõimenduse, dünamomeeter näitab jõudu, mis on ligikaudu võrdne 2 N. Koormust tuleb kaks trossi. Me ei võta arvesse plokkide kaalu.

Plokisüsteem, mis annab 3x tugevuse kasvu . Joonis 6 ja 7

See rihmarataste süsteem kasutab kahte liikuvat ja fikseeritud rihmaratast. See kombinatsioon annab kolmekordse tugevuse. Meie paigalduse tööpõhimõte korrutisega 3 (tugevuse suurenemine 3 korda) näeb välja selline, nagu on näidatud joonisel. Trossi ots kinnitatakse platvormile, seejärel visatakse köis üle statsionaarse ploki. Taaskord - läbi liikuva ploki, mis hoiab platvormi koos koormaga. Seejärel tõmbame köie läbi teise fikseeritud ploki. Seda tüüpi mehhanism suurendab tugevust 3 korda, see on veider variant. Meie kasutame lihtne reegel: mitu trossi tuleb koormast, selline on meie jõukasv. Köie pikkuses kaotame täpselt nii palju kordi, kui palju jõudu juurde tuleb.

Joonis 6

Joonis 7

Joonis 8

Fotol (joonis 8) on näha, et dünamomeeter näitab jõudu ligikaudu 1,5 N. Vea määrab liikuva ploki ja platvormi kaal. Koormast tuleb kolm trossi.

Plokisüsteem, mis suurendab tugevust 4 korda .

See rihmarataste süsteem kasutab kahte liikuvat ja kahte fikseeritud rihmaratast. See kombinatsioon annab neljakordse tugevuse. (Joon.9 ja Joon.10).

Riis. 9

Joonis 10

Fotol (joonis 10) on näha, et see paigaldus annab 4-kordse jõuvõimenduse, dünamomeeter näitab jõudu, mis on ligikaudu 1 N. Koormust tuleb neli trossi.

Järeldus:

Liigutatavate ja fikseeritud rihmarataste süsteem, mis koosneb trossidest ja rihmaratastest, võimaldab teil saavutada tõhusat jõudu, kaotades samal ajal pikkust. Kasutame lihtsat reeglit – mehaanika kuldreeglit: mitu trossi tuleb koormast, selline on meie jõukasv. Köie pikkuses kaotame täpselt nii palju kordi, kui palju jõudu juurde tuleb. Tänu sellele mehaanika kuldreeglile saate ilma suurema pingutuseta tõsta suuri koormusi.

Teades see reegel on võimalik luua plokkide süsteeme - ketttõstukeid, mis võimaldavad teil jõudu koguda n-s kogusüks kord. Seetõttu kasutatakse plokke ja plokksüsteeme laialdaselt meie elu erinevates valdkondades. Pliikuvaid ja fikseeritud plokke kasutatakse laialdaselt autode ülekandemehhanismides. Lisaks kasutavad plokke ehitajad nii suurte kui ka väikeste koormate tõstmiseks (Näiteks hoonete välisfassaadide remondil töötavad ehitajad sageli korruste vahel liigutatavas hällis. Pärast tööde lõpetamist põrandal saavad töötajad viige häll kiiresti ülalolevale põrandale, kasutades ainult ja enda jõud). Plokid on nii laialt levinud nende kokkupanemise ja nendega töötamise lihtsuse tõttu.

Praegu eeldame, et ploki ja kaabli massi ning ploki hõõrdumist võib tähelepanuta jätta. Sel juhul võime lugeda kaabli tõmbejõudu kõigis selle osades samaks. Lisaks eeldame, et kaabel on venimatu ja selle mass on tühine.

Fikseeritud plokk

Statsionaarset plokki kasutatakse jõu suuna muutmiseks. Joonisel fig. 24.1 ja näitab, kuidas statsionaarset plokki kasutades jõu suunda vastupidiseks muuta. Küll aga saad selle abil jõu suunda muuta, nagu soovid.

Joonistage skeem statsionaarse ploki kasutamise kohta, millega saab pöörata jõu suunda 90°.

Kas statsionaarne plokk annab tugevuse juurde? Vaatame seda joonisel fig. 24.1, a. Tross on pingutatud jõuga, mille kalamees rakendab kaabli vabale otsale. Trossi pingutusjõud jääb piki kaablit konstantseks, seetõttu mõjub kaabli küljelt koormusele (kaladele) sama suur jõud. Seetõttu ei anna statsionaarne plokk tugevust.

Statsionaarse ploki kasutamisel tõuseb koormus sama palju, kui langetatakse kaabli ots, millele kalamees jõudu rakendab. See tähendab, et statsionaarset plokki kasutades me ei võida ega kaota teel.

Liigutatav plokk

Paneme kogemusi

Kerge liikuva ploki abil koorma tõstmisel märkame, et kui hõõrdumine on väike, siis koormuse tõstmiseks tuleb rakendada jõudu, mis on ligikaudu 2 korda väiksem kui koorma kaal (joonis 24.3). Seega annab liigutatav plokk 2-kordse tugevuse.

Riis. 24.3. Liikuvat klotsi kasutades saame jõudu juurde 2 korda, kuid teekonnal kaotame sama palju kordi

Kahekordse tugevuse suurendamise eest tuleb aga tasuda sama kaotusega teel: koorma tõstmiseks näiteks 1 m võrra tuleb üle ploki visatud kaabli otsa tõsta 2 m võrra.

Seda, et liikuv plokk annab kahekordse tugevuse, saab tõestada ilma kogemusi kasutamata (vt allpool lõiku „Miks annab liikuv plokk kahekordse jõudu juurde?”).

Kõige sagedamini kasutatakse võimu saamiseks lihtsaid mehhanisme. See tähendab, et suurema raskuse liigutamiseks kasutatakse sellega võrreldes vähem jõudu. Samal ajal ei saavutata tugevuse kasvu "tasuta". Selle eest makstav hind on kauguse kaotus, see tähendab, et peate tegema suurema liikumise kui ilma lihtsat mehhanismi kasutamata. Kui aga jõud on piiratud, tuleb kasuks vahemaa “vahetus” jõu vastu.

Liigutatavad ja fikseeritud plokid on kahte tüüpi lihtsad mehhanismid. Lisaks on need modifitseeritud hoob, mis on samuti lihtne mehhanism.

Fikseeritud plokk ei anna tugevust, vaid muudab lihtsalt selle kasutamise suunda. Kujutage ette, et peate köit tõstma raske koormusüles. Peate selle üles tõmbama. Kuid kui kasutate statsionaarset plokki, peate koormuse tõustes alla tõmbama. Sel juhul on teil lihtsam, kuna vajalik jõud koosneb lihasjõust ja teie kaalust. Ilma statsionaarset plokki kasutamata tuleks rakendada sama jõudu, kuid see saavutatakse ainult lihasjõu abil.

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

Kuna jõudu juurde ei tule, siis kauguses pole ka kaotust. Kaugus, mil koorem tõuseb, tuleb tross sama kaugele langetada.

Kasutamine liikuv plokk annab jõudu juurde kaks korda (ideaalis). See tähendab, et kui koorma kaal on F, siis selle tõstmiseks tuleb rakendada jõudu F/2. Liikuv plokk koosneb samast rattast, millel on kaabli soon. Siin on aga kaabli üks ots fikseeritud ja ratas on liigutatav. Ratas liigub koos koormaga.

Koorma kaal on allapoole suunatud jõud. Seda tasakaalustavad kaks ülespoole suunatud jõudu. Üks on loodud toega, mille külge on kinnitatud kaabel, ja teine ​​​​kaabli tõmbamisega. Trossi pingutusjõud on mõlemal küljel sama, mis tähendab, et koormuse kaal jaotub nende vahel võrdselt. Seetõttu on iga jõud 2 korda väiksem kui koorma kaal.

Reaalsetes olukordades on tugevuse kasv vähem kui 2 korda, kuna tõstejõud "raisatakse" osaliselt trossi ja ploki raskusele, aga ka hõõrdumisele.

Liikuv plokk annab peaaegu kahekordse tugevuse, kuid annab kahekordse kaotuse kauguses. Koorma tõstmiseks teatud kõrgusele h peavad köied ploki mõlemal küljel vähenema selle kõrguse võrra ehk kokku 2h.

Tavaliselt kasutatakse fikseeritud ja teisaldatavate plokkide kombinatsioone - rihmarattaplokke. Need võimaldavad teil jõudu ja suunda saada. Mida rohkem on ketttõstukis liikuvaid plokke, seda suurem on tugevuse kasv.