شرح کتابشناختی: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G نمایی مدرن از مکانیسم ساده "بلوک" که در کتاب های درسی فیزیک برای کلاس 7 مطالعه شده است // دانشمند جوان. 2016. شماره 2. ص 106-113..07.2019).

کتاب های درسی فیزیک برای کلاس 7، هنگام مطالعه یک مکانیسم بلوک ساده، برنده شدن را به روش های مختلف تفسیر می کنند نیرو هنگام بلند کردن بار از با استفاده از این مکانیسم، به عنوان مثال: در کتاب درسی پریشکین آ. ب. برد در قدرت با به دست می آید با استفاده از چرخ بلوک که نیروهای اهرم روی آن عمل می کنند و در کتاب درسی جندنشتاین L. E. همان برنده با به دست آمده است با استفاده از یک کابل، که در معرض نیروی کشش کابل است. کتاب های درسی مختلف، موضوعات مختلف و نیروهای مختلف - برای دریافت برنده در نیرو هنگام بلند کردن بار بنابراین هدف این مقاله جستجوی اشیا و قدرت، با که از طریق آن برنده ها به دست می آید نیرو، هنگام بلند کردن بار با مکانیزم بلوک ساده.

کلید واژه ها:

ابتدا بیایید نگاهی بیندازیم و مقایسه کنیم که چگونه با بلند کردن بار با مکانیزم بلوک ساده، در کتاب های درسی فیزیک برای کلاس هفتم، گزیده هایی از متون درسی با مفاهیم مشابه را در جدول قرار می دهیم برای شفافیت.

بیایید بررسی و مقایسه متون و تصاویر در کتاب های درسی را خلاصه کنیم:

اثبات دستیابی به قدرت در کتاب درسی توسط A. V. Peryshkin بر روی چرخ بلوک انجام شده است و نیروی عامل نیروی اهرم است. هنگام بلند کردن بار، یک بلوک ثابت افزایش قدرت ایجاد نمی کند، اما یک بلوک متحرک افزایش 2 برابری نیرو را ایجاد می کند. از کابلی که بار روی بلوک ثابت و بلوک متحرک با بار آویزان باشد، خبری نیست.

از سوی دیگر، در کتاب درسی Gendenstein L.E اثبات بهره در حال اجرا بر روی کابلی است که یک بار یا یک بلوک متحرک با بار آویزان است و نیروی عمل کننده نیروی کششی کابل است. هنگام بلند کردن بار، یک بلوک ثابت می تواند 2 برابر استحکام را افزایش دهد، اما در متن اهرم روی چرخ بلوک ذکر نشده است.

جستجوی ادبیاتی که با استفاده از یک بلوک و یک کابل، افزایش نیرو را توصیف می‌کرد، به «کتاب درسی ابتدایی فیزیک»، ویرایش شده توسط آکادمیک G. S. Landsberg، در §84 منجر شد. ماشین‌های ساده در صفحات 168-175 توضیح می‌دهند: "بلوک ساده، بلوک دوبل، دروازه، قرقره و بلوک دیفرانسیل." در واقع، با طراحی خود، "یک بلوک دوتایی هنگام بلند کردن بار، به دلیل تفاوت در طول شعاع بلوک ها، قدرت بیشتری می بخشد" که با کمک آن بار بلند می شود، و "بلوک قرقره می دهد افزایش قدرت در هنگام بلند کردن بار، به دلیل طناب، که بار بر روی چندین قسمت آن آویزان است. بنابراین، می‌توان فهمید که چرا یک بلوک و یک کابل (طناب) در هنگام بلند کردن بار قدرت افزایش می‌دهند، اما نمی‌توان فهمید که چگونه بلوک و کابل با یکدیگر تعامل دارند و وزن آن را منتقل می‌کنند. به یکدیگر بارگیری کنید، زیرا بار را می توان روی یک کابل آویزان کرد و کابل روی بلوک پرتاب می شود یا بار می تواند روی بلوک آویزان شود و بلوک روی کابل آویزان می شود. معلوم شد که نیروی کشش کابل ثابت است و در تمام طول کابل عمل می کند، بنابراین انتقال وزن بار توسط کابل به بلوک در هر نقطه تماس بین کابل و بلوک خواهد بود. و همچنین انتقال وزن بار معلق روی بلوک به کابل. برای روشن شدن تعامل بلوک با کابل، با استفاده از تجهیزات کلاس فیزیک مدرسه: دینامومترها، بلوک‌های آزمایشگاهی و مجموعه‌ای از وزنه‌ها در 1N آزمایش‌هایی را برای به دست آوردن افزایش نیرو با یک بلوک متحرک هنگام بلند کردن بار انجام می‌دهیم. (102 گرم). بیایید آزمایش ها را با یک بلوک متحرک شروع کنیم، زیرا سه تا داریم نسخه های مختلفبه دست آوردن قدرت با این بلوک. نسخه اول «شکل 180 است. یک بلوک متحرک به عنوان یک اهرم با بازوهای نابرابر" - کتاب درسی A. V. Peryshkin، دوم "شکل 24.5 ... دو نیروی کششی برابر کابل F" - طبق کتاب درسی L. E. Gendenstein و در نهایت "شکل 145 Pull Block". بلند کردن بار با گیره متحرک قرقره روی چندین قسمت یک طناب - طبق کتاب درسی G. S. Landsberg.

تجربه شماره 1 "شکل 183"

برای انجام آزمایش شماره 1، به دست آوردن قدرت بر روی بلوک متحرک "با یک اهرم با شانه های نابرابر OAB شکل 180" مطابق کتاب درسی A. V. Peryshkin، روی بلوک متحرک "شکل 183" موقعیت 1 را بکشید یک اهرم با شانه های نابرابر OAB، مانند "شکل 180" و شروع به بلند کردن بار از موقعیت 1 به موقعیت 2 می کند. در همان لحظه، بلوک شروع به چرخش در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت حول محور خود در نقطه A و نقطه B می کند. ، انتهای اهرمی که در پشت آن بالابر رخ می دهد، از نیم دایره ای خارج می شود که در امتداد آن کابل از پایین به دور بلوک متحرک می رود. نقطه O - نقطه تکیه اهرم، که باید ثابت باشد، پایین می آید، به "شکل 183" مراجعه کنید - موقعیت 2، یعنی یک اهرم با شانه های نابرابر OAB مانند یک اهرم با شانه های مساوی تغییر می کند (نقاط O و B از یکسان عبور می کنند. راه ها).

بر اساس داده های به دست آمده در آزمایش شماره 1 در مورد تغییرات موقعیت اهرم OAB بر روی بلوک متحرک هنگام بلند کردن بار از موقعیت 1 به موقعیت 2، می توان نتیجه گرفت که نمایش بلوک متحرک به عنوان یک اهرم با بازوهای نابرابر در "شکل 180"، هنگام بلند کردن بار، با چرخش بلوک حول محور آن، مربوط به اهرمی با بازوهای مساوی است که در هنگام بلند کردن بار، افزایش قدرت ایجاد نمی کند.

آزمایش شماره 2 را با اتصال دینامومترها به انتهای کابل شروع می کنیم، که روی آن یک بلوک متحرک با باری به وزن 102 گرم که مربوط به نیروی گرانش 1 نیوتن است، روی آن آویزان می کنیم. یکی از انتهای کابل را ثابت می کنیم. کابل را روی یک تعلیق قرار دهید و با استفاده از انتهای دیگر کابل، بار روی بلوک متحرک را بلند می کنیم. قبل از صعود، قرائت هر دو دینامومتر در ابتدای صعود 0.5 شمالی بود، خوانش دینامومتر که برای آن صعود رخ داد، به 0.6 شمالی تغییر کرد و در پایان صعود به همین ترتیب باقی ماند. قرائت‌ها به 0.5 نیوتن‌رو برگشتند. قرائت‌های دینامومتر، ثابت برای تعلیق ثابت در طول افزایش تغییر نکرد و برابر با 0.5 نیوتن باقی ماند. اجازه دهید نتایج آزمایش را تجزیه و تحلیل کنیم:

1. قبل از بلند کردن، هنگامی که بار 1 نیوتن (102 گرم) روی یک بلوک متحرک آویزان می شود، وزن بار روی کل چرخ توزیع می شود و به کابل منتقل می شود که با استفاده از کل نیم دایره بلوک را از پایین دور می کند. چرخ.
2. قبل از بلند کردن، قرائت هر دو دینامومتر 0.5 نیوتن است که نشان دهنده توزیع وزن بار 1 نیوتن (102 گرم) در دو قسمت کابل (قبل و بعد از بلوک) یا نیروی کشش کابل است. 0.5 نیوتن است و در تمام طول کابل یکسان است (در ابتدا یکسان، در انتهای کابل یکسان است) - هر دوی این گزاره ها درست هستند.

بیایید تجزیه و تحلیل آزمایش شماره 2 را با نسخه های کتاب درسی در مورد بدست آوردن افزایش 2 برابری قدرت با استفاده از یک بلوک متحرک مقایسه کنیم. بیایید با بیانیه کتاب درسی Gendenstein L.E شروع کنیم که سه نیرو بر روی بلوک اعمال می شود: وزن بار P به سمت پایین و دو نیروی کششی یکسان کابل به سمت بالا (شکل 24.5). " دقیق تر است که بگوییم وزن بار در «شکل. 14.5 اینچ به دو قسمت کابل قبل و بعد از بلوک تقسیم شد، زیرا نیروی کشش کابل یک است. باقی مانده است که امضای زیر "شکل 181" از کتاب درسی A. V. Peryshkin "ترکیب بلوک های متحرک و ثابت - بلوک قرقره" را تجزیه و تحلیل کنیم. شرح دستگاه و افزایش قدرت هنگام بلند کردن بار با قرقره در کتاب درسی فیزیک ابتدایی، ویرایش داده شده است. Lansberg G.S. جایی که گفته می شود: "هر قطعه طناب بین بلوک ها بر روی بار متحرک با نیروی T عمل می کند و تمام قطعات طناب با نیروی nT عمل می کنند که n تعداد بخش های جداگانه طناب است که هر دو را به هم متصل می کند. بخش هایی از بلوک." به نظر می رسد که اگر به "شکل 181" بهره در نیرو را با "طناب متصل کننده هر دو قسمت" قرقره از کتاب درسی ابتدایی فیزیک توسط G. S. Landsberg اعمال کنیم، آنگاه توصیف بهره در حال حرکت با یک بلوک متحرک است. در "شکل 179" و بر این اساس، شکل 180 یک خطا خواهد بود.

با تجزیه و تحلیل چهار کتاب درسی فیزیک، می توان نتیجه گرفت که توضیحات موجود در مورد بدست آوردن افزایش قدرت با یک مکانیسم بلوک ساده مطابقت ندارد. موقعیت واقعیامور و بنابراین نیاز به شرح جدیدی از عملکرد یک مکانیسم بلوک ساده است.

مکانیزم ساده بالابراز یک بلوک و یک کابل (طناب یا زنجیر) تشکیل شده است.

بلوک های این مکانیسم بالابر به دو دسته تقسیم می شوند:

با طراحی به ساده و پیچیده.

با توجه به روش بلند کردن بارها به انواع متحرک و ثابت.

بیایید شروع به آشنایی با طراحی بلوک ها کنیم بلوک سادهکه چرخی است که حول محور خود می چرخد، با یک شیار به دور محیط برای کابل (طناب، زنجیر) شکل 1 و می توان آن را به عنوان یک اهرم هم بازو که در آن بازوهای نیروها برابر با شعاع است در نظر گرفت. چرخ: OA=OB=r. چنین بلوکی افزایش قدرت ایجاد نمی کند، اما به شما امکان می دهد جهت حرکت کابل (طناب، زنجیر) را تغییر دهید.

بلوک دوبلاز دو بلوک با شعاع های مختلف تشکیل شده است که به طور صلب به هم چسبیده و بر روی یک محور مشترک در شکل 2 نصب شده اند. شعاع بلوک‌های r1 و r2 متفاوت است و هنگام بلند کردن بار مانند اهرمی با شانه‌های نابرابر عمل می‌کنند و بهره در نیرو برابر است با نسبت طول شعاع بلوک با قطر بزرگتر به بلوک با قطر کمتر F = Р·r1/r2.

دروازه شامل یک استوانه (درام) و یک دسته متصل به آن است که به عنوان یک بلوک با قطر زیاد عمل می کند. از سیلندر r که طناب روی آن پیچیده شده است F = Р r/ R.

بیایید به روش بلند کردن بار با بلوک برویم. از توضیحات طراحی، همه بلوک ها دارای یک محور هستند که به دور آن می چرخند. اگر محور بلوک ثابت باشد و در هنگام بلند کردن بار بالا یا پایین نیاید، چنین بلوکی نامیده می شود. بلوک ثابتتک بلوک، بلوک دوبل، دروازه.

U بلوک متحرکمحور همراه با بار بالا و پایین می رود (شکل 10) و عمدتاً برای از بین بردن خمش کابل در محل معلق بار در نظر گرفته شده است.

بیایید با دستگاه و روش بلند کردن بار آشنا شویم قسمت دوم مکانیزم بالابر ساده کابل، طناب یا زنجیر است. کابل از سیم های فولادی، طناب از نخ ها یا رشته ها ساخته شده است و زنجیر از پیوندهایی تشکیل شده است که به یکدیگر متصل هستند.

روش های آویزان کردن بار و به دست آوردن قدرت هنگام بلند کردن بار با کابل:

در شکل 4، بار در یک سر کابل ثابت است و اگر بار را از سر دیگر کابل بلند کنید، برای بلند کردن این بار به نیرویی کمی بیشتر از وزن بار نیاز دارید، زیرا یک بلوک ساده افزایش قدرت، F = P را نمی دهد.

در شکل 5، کارگر بار را با کابلی که از بالا دور یک بلوک ساده می‌چرخد، بلند می‌کند، در یک انتهای قسمت اول کابل، یک صندلی که کارگر روی آن می‌نشیند، و در قسمت دوم کابل وجود دارد. کارگر خود را با نیرویی 2 برابر کمتر از وزن خود بلند می کند، زیرا وزن کارگر به دو قسمت کابل تقسیم شده است، اولی - از صندلی تا بلوک، و دوم - از بلوک به دستان کارگر F = P/2.

در شکل 6 بار توسط دو کارگر با استفاده از دو کابل بلند می شود و وزن بار به طور مساوی بین کابل ها توزیع می شود و بنابراین هر کارگر با نیرویی معادل نصف وزن بار F = P/ بار را بلند می کند. 2.

در شکل 7، کارگران باری را بلند می کنند که روی دو قسمت یک کابل آویزان است و وزن بار به طور مساوی بین قطعات این کابل (مانند دو کابل) توزیع می شود و هر کارگر با نیرویی بار را بلند می کند. برابر با نصف وزن بار F = P/2.

در شکل 8، انتهای کابل که توسط آن یکی از کارگران بار را بلند می کرد، روی یک سیستم تعلیق ثابت محکم می شد و وزن بار به دو قسمت کابل تقسیم می شد و زمانی که کارگر آن را بلند می کرد. بار توسط سر دوم کابل، نیرویی که کارگر با آن بار را بلند می کرد دو برابر شد وزن کمتربار F = P/2 و بلند کردن بار 2 برابر کندتر خواهد بود.

در شکل 9، بار روی 3 قسمت از یک کابل آویزان است که یک سر آن ثابت است و افزایش نیرو در هنگام بلند کردن بار برابر با 3 خواهد بود، زیرا وزن بار روی سه قسمت از کابل توزیع می شود. کابل F = P/3.

برای از بین بردن خمش و کاهش نیروی اصطکاک، یک بلوک ساده در محلی که بار معلق است نصب می شود و نیروی مورد نیاز برای بلند کردن بار تغییر نکرده است، زیرا یک بلوک ساده افزایش مقاومتی ایجاد نمی کند (شکل 10). و شکل 11)، و خود بلوک فراخوانی می شود بلوک متحرک، از آنجایی که محور این بلوک همراه با بار بالا و پایین می رود.

از نظر تئوری، یک بار را می توان بر روی تعداد نامحدودی از قطعات یک کابل معلق کرد، اما در عمل آنها به شش قسمت محدود می شوند و به چنین مکانیزم بالابری می گویند. بالابر زنجیریکه از یک گیره ثابت و متحرک با بلوک های ساده تشکیل شده است که به طور متناوب توسط یک کابل احاطه شده و یک سر آن به گیره ثابت ثابت می شود و با استفاده از سر دیگر کابل بار برداشته می شود. افزایش استحکام به تعداد قطعات کابل بین قفس ثابت و متحرک بستگی دارد، به طور معمول 6 قسمت از کابل و افزایش قدرت 6 برابر است.

این مقاله به بررسی تعاملات واقعی بین بلوک ها و کابل هنگام بلند کردن بار می پردازد. رویه موجود در تعیین اینکه "یک بلوک ثابت افزایش قدرت نمی دهد، اما یک بلوک متحرک افزایش نیرو را 2 برابر می کند" به اشتباه تعامل کابل و بلوک را در مکانیزم بلند کردنو تنوع کامل طرح های بلوک را منعکس نمی کرد، که منجر به توسعه ایده های اشتباه یک طرفه در مورد بلوک شد. در مقایسه با حجم مطالب موجود برای مطالعه یک مکانیسم بلوک ساده، حجم مقاله 2 برابر افزایش یافته است، اما این امکان را فراهم می کند تا فرآیندهای رخ داده در یک مکانیسم بلند کردن ساده نه تنها برای دانش آموزان، بلکه همچنین به وضوح و قابل فهم توضیح داده شود. به معلمان

ادبیات:

1. Pyryshkin, A.V, فیزیک هفتم: کتاب درسی / A.V., اضافی - M.: Bustard, 2014, - ill. شابک 978–5-358–14436–1. § 61. کاربرد قاعده تعادل اهرمی در بلوک، ص 181-183.
2. Gendenstein، L. E. فیزیک. درجه 7 ام. ساعت 14 قسمت 1. کتاب درسی برای موسسات آموزشی/ L. E. Gendenshten، A. B. Kaidalov، V. B. Kozhevnikov; ویرایش شده توسط V. A. Orlova، I. I. Roizen - ویرایش دوم، تجدید نظر شده. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 p.: ill. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. مکانیسم های ساده، ص 188-196.
3. کتاب درسی ابتدایی فیزیک، ویرایش شده توسط آکادمیک G. S. Landsberg جلد 1. مکانیک. حرارت. فیزیک مولکولی - ویرایش 10 - M.: Nauka، 1985. § 84. Simple machines, pp. 168-175.
4. گروموف، S. V. فیزیک: کتاب درسی. برای کلاس هفتم آموزش عمومی موسسات / S. V. Gromov، N. A. Rodina - ویرایش 3. - م.: آموزش و پرورش، 1380-158 ص.،: بد. ISBN-5–09–010349–6. §22. بلوک، ص55 -57.

کلید واژه ها: بلوک، بلوک دوبل، بلوک ثابت، بلوک متحرک، بلوک قرقره..

حاشیه نویسی: کتاب های درسی فیزیک برای کلاس هفتم، هنگام مطالعه یک مکانیسم بلوک ساده، با استفاده از این مکانیسم، افزایش نیرو هنگام بلند کردن بار را به روش های مختلف تفسیر می کنند، به عنوان مثال: در کتاب درسی A. V. Peryshkin، بهره در نیرو با استفاده از چرخ به دست می آید. بلوکی که نیروهای اهرم بر روی آن عمل می کنند و در کتاب درسی Gendenstein L.E همین بهره را با کمک یک کابل بدست می آید که نیروی کششی کابل بر آن اثر می گذارد. کتاب های درسی مختلف، اشیاء مختلف و نیروهای مختلف - برای به دست آوردن قدرت در هنگام بلند کردن بار. بنابراین، هدف این مقاله جستجوی اجسام و نیروهایی است که به کمک آنها هنگام بلند کردن بار با مکانیزم بلوک ساده، افزایش قدرت حاصل می شود.

4.1. عناصر استاتیک

4.1.7. چند مکانیسم ساده: بلوک

دستگاه هایی که برای جابجایی (بالا بردن، پایین آوردن) بارها با استفاده از چرخ و نخی که از طریق آن پرتاب می شود و مقداری نیرو به آن وارد می شود، بلوک نامیده می شوند. بلوک های ثابت و متحرک وجود دارد.

بلوک ها برای جابجایی بار با وزن P → با استفاده از نیروی F → اعمال شده به طناب پرتاب شده روی چرخ طراحی شده اند.

برای هر نوع بلوک(ایستا و متحرک) شرط تعادل برقرار است:

d 1 F = d 2 P،

که در آن d 1 بازوی نیروی F → اعمال شده به طناب است. d 2 - بازوی نیروی P → (وزن بار جابجا شده با استفاده از این بلوک).

که در بلوک ثابت(شکل 4.8) بازوهای نیروهای F → و P → یکسان و برابر با شعاع بلوک هستند:

d 1 = d 2 = R،

بنابراین، ماژول های نیرو با یکدیگر برابر هستند:

F = P.

برنج. 4.8

با استفاده از یک بلوک ثابت، جسمی با وزن P → را می توان با اعمال نیروی F → حرکت داد که بزرگی آن با وزن بار منطبق است.

در بلوک متحرک (شکل 4.9)، بازوهای نیروهای F → و P → متفاوت هستند:

d 1 = 2R و d 2 = R،

که در آن d 1 بازوی نیروی F → اعمال شده به طناب است. d 2 - بازوی نیروی P → (وزن بار حرکت شده با استفاده از این بلوک)،

بنابراین، ماژول های نیرو از برابری پیروی می کنند:

برنج. 4.9

با استفاده از یک بلوک متحرک، جسمی با وزن P → را می توان با اعمال نیروی F → که مقدار آن نصف وزن بار است حرکت داد.

بلوک ها به شما این امکان را می دهند که بدن را در فاصله مشخصی حرکت دهید:

• یک بلوک ثابت باعث افزایش قدرت نمی شود. فقط جهت نیروی اعمالی را تغییر می دهد.
• بلوک متحرک افزایش 2 برابری در استحکام می دهد.

با این حال، هر دو بلوک متحرک و ثابت برنده ندهکار: تعداد دفعاتی که در قدرت پیروز می شویم، تعداد دفعاتی که در فاصله باختیم (" قانون طلایی» مکانیک).

مثال 22. سیستم از دو بلوک بی وزن تشکیل شده است: یکی متحرک و دیگری ثابت. جرم 0.40 کیلوگرمی از محور بلوک متحرک آویزان شده و کف را لمس می کند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، نیروی مشخصی به انتهای آزاد طناب پرتاب شده روی یک بلوک ثابت اعمال می شود. تحت تأثیر این نیرو، بار از حالت سکون به ارتفاع 4.0 متر در 2.0 ثانیه افزایش می یابد. مقدار نیروی وارد شده به طناب را بیابید.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T′ − m g = m a

a = 2 F - m g m.

مسیر طی شده توسط بار با ارتفاع آن از سطح کف منطبق است و با فرمول مربوط به زمان حرکت آن t است.

یا با در نظر گرفتن عبارت برای ماژول شتاب

h = a t 2 2 = ( 2 F − m g ) t 2 2 m .

اجازه دهید نیروی مورد نیاز را از اینجا بیان کنیم:

F = m (h t 2 + g 2)

و مقدار آن را محاسبه کنید:

F = 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) = 2.4 نیوتن.

مثال 23. سیستم از دو بلوک بی وزن تشکیل شده است: یکی متحرک و دیگری ثابت. همانطور که در شکل نشان داده شده است یک بار مشخص از محور یک بلوک ثابت معلق است. تحت تأثیر نیروی ثابتی که به انتهای آزاد طناب وارد می شود، بار با شتاب ثابت شروع به حرکت می کند و در عرض 2 ثانیه به فاصله 3 متری به سمت بالا حرکت می کند. در حین حرکت بار، نیروی اعمال شده توان متوسط ​​12 وات ایجاد می کند. جرم بار را بیابید.

راه حل . نیروهای وارد بر بلوک های متحرک و ثابت در شکل نشان داده شده است.

دو نیروی T → بر روی یک بلوک ثابت از سمت طناب (در هر دو طرف بلوک) عمل می کنند. تحت تأثیر این نیروها هیچ حرکت رو به جلوی بلوک وجود ندارد. هر یک از نیروهای نشان داده شده برابر با نیروی F → اعمال شده به انتهای طناب است:

سه نیرو بر روی بلوک متحرک وارد می شود: دو نیروی کشش طناب T → ′ (در دو طرف بلوک) و وزن بار P → = m g → ; تحت تأثیر این نیروها، بلوک (همراه با بار معلق از آن) با شتاب به سمت بالا حرکت می کند.

بیایید قانون دوم نیوتن را برای بلوک متحرک به شکل زیر بنویسیم:

2 T → ′ + P → = m a → ,

یا در طرح ریزی بر روی محور مختصات، جهت عمودی به سمت بالا،

2 T′ − m g = m a

که در آن T مدول نیروی کشش طناب است. m جرم بار (جرم بلوک متحرک با بار) است. g - ماژول شتاب سقوط آزاد؛ a مدول شتاب بلوک است (بار شتاب یکسانی دارد، بنابراین در مورد شتاب بار بیشتر صحبت خواهیم کرد).

مدول نیروی کشش طناب T برابر با مدول نیروی T است:

بنابراین، مدول شتاب بار توسط عبارت تعیین می شود

a = 2 F - m g m.

از طرف دیگر، شتاب بار با فرمول مسافت طی شده تعیین می شود:

جایی که t زمان حرکت محموله است.

برابری

2 F - m g m = 2 S t 2

به ما اجازه می دهد تا یک عبارت برای مدول نیروی اعمال شده بدست آوریم:

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

بار با شتاب یکنواخت حرکت می کند، بنابراین مدول سرعت آن توسط عبارت تعیین می شود

v = در،

و سرعت متوسط ​​است

〈 v 〉 = S t = a t 2 .

اندازه توان متوسط، توسعه یافته توسط نیروی اعمال شده، توسط فرمول تعیین می شود

〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ،

یا با در نظر گرفتن عبارات مدول نیرو و سرعت متوسط:

〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

از اینجا جرم مورد نیاز را بیان می کنیم:

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2).

اجازه دهید عبارت شتاب (a = 2S /t 2) را در فرمول حاصل جایگزین کنیم:

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

و بیایید محاسبه را انجام دهیم:

m = 2 ⋅ (2.0) 3 ⋅ 12 3.0 (2 ⋅ 3.0 + 10 ⋅ (2.0) 2) ≈ 1.4 کیلوگرم.

گزارش تکلیف تحقیق

"مطالعه سیستمی از بلوک هایی که قدرت 2، 3، 4 برابری می دهند"

دانش آموزان کلاس هفتم.

دبیرستانشماره 76، یاروسلاول

موضوع کار: مطالعه سیستم بلوک هایی که قدرت 2، 3، 4 برابری می دهند.

هدف کار: با استفاده از سیستم های بلوک، افزایش قدرت 2، 3، 4 برابر را بدست آورید.

تجهیزات: بلوک متحرک و ثابت، سه پایه، پایه با کوپلینگ، وزنه، طناب.

برنامه کار:

مطالعه مطالب نظری با موضوع "مکانیسم های ساده. بلوک"؛

جمع آوری و توصیف تاسیسات - سیستم های بلوک که افزایش قدرت 2، 3، 4 برابر است.

تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش؛

نتیجه

"کمی در مورد بلوک ها"

که در فن آوری پیشرفتهمکانیسم های بالابر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و ضروری هستند اجزاءکه می توان آنها را مکانیسم های ساده نامید. در میان آنها قدیمی ترین اختراعات بشر - بلوک ها هستند. ارشمیدس، دانشمند یونان باستان، با قدرت بخشیدن به انسان در هنگام استفاده از اختراع خود، کار انسان را آسان کرد و به او آموخت که جهت نیرو را تغییر دهد.

بلوک چرخی است با شیاری به دور محیط آن برای طناب یا زنجیر که محور آن به طور محکم به دیوار یا تیر سقف. وسایل بالابرمعمولاً نه یک، بلکه چندین بلوک استفاده می شود. سیستمی از بلوک ها و کابل ها که برای افزایش ظرفیت بار طراحی شده اند، بالابر زنجیره ای نامیده می شود.

در درس های فیزیک، بلوک های متحرک و ثابت را مطالعه می کنیم. با استفاده از یک بلوک ثابت، می توانید جهت نیرو را تغییر دهید. و بلوک متحرک - کاهش آن باعث افزایش قدرت 2 برابری می شود.بلوک ثابتارشمیدس آن را به عنوان یک اهرم هم بازو در نظر گرفت. گشتاور نیروی وارد بر یک طرف بلوک ثابت برابر است با لحظه نیروی وارد شده به طرف دیگر بلوک. نیروهایی که این لحظات را ایجاد می کنند نیز همین گونه هستند. و ارشمیدس بلوک متحرک را برای یک اهرم مسلح نابرابر گرفت. نسبت به مرکز چرخش، گشتاور نیروها عمل می کنند که در حالت تعادل باید برابر باشند.

نقشه های بلوک:

2. مونتاژ تاسیسات - سیستم های بلوک هایی که 2، 3 و 4 برابر افزایش قدرت می دهند.

در کار خود از یک بار استفاده می کنیم،که وزن آن 4 نیوتن است (شکل 3).

برنج. 3

تیم ما با استفاده از بلوک های متحرک و ثابت مونتاژ کرد تنظیمات زیر:

یک سیستم بلوکی که دو برابر افزایش قدرت می دهد (شکل 4 و شکل 5).

این سیستم قرقره از یک قرقره متحرک و یک قرقره ثابت استفاده می کند. این ترکیب قدرت را دوچندان می کند. بنابراین باید نیرویی معادل نصف وزن بار به نقطه A وارد شود.

شکل 4

شکل 5

عکس (شکل 5) نشان می دهد که این نصبنیرو 2 برابری می دهد، دینامومتر نیرویی تقریباً برابر با 2 نیوتن را نشان می دهد. دو طناب از بار می آید. ما وزن بلوک ها را در نظر نمی گیریم.

یک سیستم بلوکی که 3 برابر افزایش قدرت می دهد . Fig.6 و Fig.7

این سیستم قرقره از دو قرقره متحرک و ثابت استفاده می کند. این ترکیب باعث افزایش قدرت سه برابری می شود. اصل عملکرد نصب ما با تعدد 3 (افزایش قدرت 3 برابر) همانطور که در شکل نشان داده شده است. انتهای طناب به سکو متصل می شود، سپس طناب روی یک بلوک ثابت پرتاب می شود. یک بار دیگر - از طریق یک بلوک متحرک که سکو را با بار نگه می دارد. سپس طناب را از طریق بلوک ثابت دیگری می کشیم. این نوع مکانیزم 3 برابر افزایش قدرت می دهد، این یک گزینه عجیب است. ما استفاده می کنیم قانون ساده: چه تعداد طناب از بار می آید، افزایش قدرت ما چنین است. در طول طناب دقیقاً به اندازه افزایش قدرت از دست می دهیم.

شکل 6

شکل 7

شکل 8

عکس (شکل 8) نشان می دهد که دینامومتر نیروی تقریباً 1.5 نیوتن را نشان می دهد. خطا توسط وزن بلوک متحرک و سکو تعیین می شود. سه طناب از بار می آید.

یک سیستم بلوکی که قدرت را 4 برابر افزایش می دهد .

این سیستم قرقره از دو قرقره متحرک و دو قرقره ثابت استفاده می کند. این ترکیب باعث افزایش قدرت چهار برابری می شود. (شکل 9 و شکل 10).

برنج. 9

شکل 10

عکس (شکل 10) نشان می دهد که این نصب یک افزایش 4 برابری در نیرو ایجاد می کند، دینامومتر نیروی تقریباً برابر با 1 N را نشان می دهد. چهار طناب از بار می آید.

نتیجه:

سیستمی از قرقره های متحرک و ثابت، متشکل از طناب و قرقره، به شما این امکان را می دهد که در عین از دست دادن طول، استحکام موثری به دست آورید. ما از یک قانون ساده استفاده می کنیم - قانون طلایی مکانیک: چه تعداد طناب از بار حاصل می شود، این افزایش قدرت ما است. در طول طناب دقیقاً به اندازه افزایش قدرت از دست می دهیم. به لطف این قانون طلایی مکانیک، می توانید بارهای بزرگ را بدون تلاش زیاد بلند کنید.

دانستن این قانونمی توان سیستم هایی از بلوک ها - بالابرهای زنجیره ای ایجاد کرد که به شما امکان می دهد در آن استحکام پیدا کنید مقدار n امیک بار. بنابراین، بلوک ها و سیستم های بلوک به طور گسترده در زمینه های مختلف زندگی ما استفاده می شود. پبلوک های متحرک و ثابت به طور گسترده ای در مکانیزم های انتقال خودرو استفاده می شوند. علاوه بر این، سازندگان از بلوک ها برای بلند کردن بارهای بزرگ و کوچک استفاده می کنند (به عنوان مثال، هنگام تعمیر نمای خارجی ساختمان ها، سازندگان اغلب در گهواره ای کار می کنند که می تواند بین طبقات جابجا شود. پس از اتمام کار در یک طبقه، کارگران می توانند به سرعت گهواره را با استفاده از و فقط به طبقه بالا منتقل کنید قدرت خود). بلوک ها به دلیل سهولت مونتاژ و سهولت کار با آنها بسیار گسترده شده اند.

در حال حاضر، فرض می کنیم که جرم بلوک و کابل و همچنین اصطکاک در بلوک را می توان نادیده گرفت. در این صورت می توان نیروی کشش کابل را در تمام قسمت های آن یکسان در نظر گرفت. علاوه بر این، فرض می کنیم که کابل غیر قابل امتداد و جرم آن ناچیز است.

بلوک ثابت

یک بلوک ثابت برای تغییر جهت یک نیرو استفاده می شود. در شکل 24.1، و نحوه استفاده از یک بلوک ثابت را برای تغییر جهت نیرو به عکس نشان می دهد. با این حال، با کمک آن می توانید جهت نیرو را به دلخواه تغییر دهید.

نمودار استفاده از یک بلوک ثابت را رسم کنید که می تواند جهت یک نیرو را 90 درجه بچرخاند.

آیا یک بلوک ثابت باعث افزایش قدرت می شود؟ بیایید با استفاده از مثال نشان داده شده در شکل به این موضوع نگاه کنیم. 24.1، الف. کابل توسط نیروی اعمال شده توسط ماهیگیر به انتهای آزاد کابل کشیده می شود. نیروی کشش کابل در طول کابل ثابت می ماند، بنابراین، از کنار کابل، نیرویی به همان اندازه روی بار (ماهی) وارد می شود. بنابراین، یک بلوک ثابت افزایش قدرت را ایجاد نمی کند.

هنگام استفاده از یک بلوک ثابت، بار به همان اندازه افزایش می یابد که انتهای کابلی که ماهیگیر به آن نیرو وارد می کند، پایین می آید. این بدان معناست که با استفاده از یک بلوک ثابت، در طول مسیر نه برنده می‌شویم و نه می‌بازیم.

بلوک متحرک

بیایید تجربه را بگذاریم

هنگام بلند کردن بار با استفاده از یک بلوک متحرک سبک، متوجه خواهیم شد که اگر اصطکاک کم باشد، برای بلند کردن بار باید نیرویی اعمال کنیم که تقریباً 2 برابر کمتر از وزن بار باشد (شکل 24.3). بنابراین، بلوک متحرک افزایش 2 برابری در استحکام می دهد.

برنج. 24.3. هنگام استفاده از یک بلوک متحرک، 2 برابر قدرت می گیریم، اما به همان تعداد در راه از دست می دهیم

با این حال، برای افزایش قدرت مضاعف، باید با همان ضرر در طول مسیر هزینه کنید: برای بلند کردن بار، به عنوان مثال، 1 متر، باید انتهای کابل پرتاب شده روی بلوک را 2 متر بالا ببرید.

این واقعیت که یک بلوک متحرک افزایش دو برابری در استحکام می‌دهد را می‌توان بدون توسل به تجربه ثابت کرد (به بخش زیر مراجعه کنید: «چرا یک بلوک متحرک استحکام مضاعف می‌دهد؟»).

اغلب از مکانیسم های ساده برای به دست آوردن قدرت استفاده می شود. یعنی استفاده از نیروی کمتر برای جابجایی وزنه بزرگتر در مقایسه با آن. در عین حال، افزایش قدرت "به صورت رایگان" به دست نمی آید. هزینه ای که باید برای آن پرداخت کنید از دست دادن فاصله است، یعنی باید حرکتی بزرگتر از بدون استفاده از یک مکانیسم ساده انجام دهید. با این حال، زمانی که نیروها محدود هستند، «تعویض» فاصله برای قدرت مفید است.

بلوک های متحرک و ثابت دو نوع مکانیسم ساده هستند. علاوه بر این، آنها یک اهرم اصلاح شده هستند که یک مکانیسم ساده است.

بلوک ثابتافزایش قدرت نمی دهد، به سادگی جهت کاربرد آن را تغییر می دهد. تصور کنید که باید طناب را بلند کنید بار سنگینبالا شما باید آن را بالا بکشید. اما اگر از یک بلوک ثابت استفاده می کنید، باید در حالی که بار بالا می رود، آن را پایین بکشید. در این صورت کار برای شما راحت تر خواهد بود، زیرا قدرت مورد نیاز شامل قدرت عضلانی و وزن شما خواهد بود. بدون استفاده از یک بلوک ثابت، همان نیرو باید اعمال شود، اما تنها از طریق قدرت عضلانی به دست می آید.

بلوک ثابت یک چرخ با یک شیار برای طناب است. چرخ ثابت است، می تواند حول محور خود بچرخد، اما نمی تواند حرکت کند. انتهای طناب (کابل) آویزان است، یک بار به یکی وصل می شود و به دیگری نیرو وارد می شود. اگر کابل را پایین بکشید، بار بالا می رود.

از آنجایی که هیچ افزایشی در قدرت وجود ندارد، از دست دادن فاصله نیز وجود ندارد. فاصله ای که بار بالا می رود، طناب باید به همان فاصله پایین بیاید.

استفاده بلوک متحرکافزایش قدرت را دو برابر می کند (در حالت ایده آل). به این معنی که اگر وزن بار F باشد، برای بلند کردن آن باید نیروی F/2 اعمال شود. بلوک متحرک از همان چرخ با یک شیار برای کابل تشکیل شده است. با این حال، یک سر کابل در اینجا ثابت است و چرخ متحرک است. چرخ با بار حرکت می کند.

وزن بار یک نیروی رو به پایین است. توسط دو نیروی رو به بالا متعادل می شود. یکی توسط یک تکیه گاه که یک کابل به آن وصل شده است و دیگری با کشیدن کابل ایجاد می شود. نیروی کشش کابل در دو طرف یکسان است، به این معنی که وزن بار به طور مساوی بین آنها توزیع می شود. بنابراین هر نیرو 2 برابر کمتر از وزن بار است.

در شرایط واقعی، افزایش قدرت کمتر از 2 برابر است، زیرا نیروی بالابر تا حدی بر روی وزن طناب و بلوک و همچنین اصطکاک "هدر می رود".

یک بلوک متحرک، در حالی که قدرت تقریباً دو برابر می کند، در فاصله دو برابر کاهش می دهد. برای بالا بردن بار به ارتفاع معین h، طناب های هر طرف بلوک باید به این ارتفاع کاهش یابد، یعنی مجموع آن 2 ساعت است.

به طور معمول، از ترکیب بلوک های ثابت و متحرک استفاده می شود - بلوک های قرقره. آنها به شما این امکان را می دهند که قدرت و جهت به دست آورید. هرچه بلوک های متحرک بیشتر در بالابر زنجیری وجود داشته باشد، افزایش قدرت بیشتر است.