Bibliografinen kuvaus:   Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Moderni näkymä fysiikan oppikirjoissa tutkitulle yksinkertaiselle ”lohko” -mekanismille luokalle 7 // Nuori tutkija. - 2016. - nro 2. - S. 106-113. 07.07.2019).

  Fysiikan oppikirjat luokalle 7, kun tutkitaan yksinkertaista lohkojen mekanismia, tulkitsevat erotusta eri tavalla voima nostettaessa lastia käyttämällä tätä mekanismia, esimerkiksi: in oppikirja Pyoryshkina A. B. voitot lujuus saavutetaan - sen lohkon pyörän avulla, johon vipuvoimat vaikuttavat, ja - gendensteinin oppikirjassa L. E. Sama voitto saadaan käyttämällä kaapelia, johon kaapelin kiristysvoima vaikuttaa. Eri oppikirjat, eri aiheet ja erilaisia \u200b\u200bvoimia - saada voitto in voima kuormaa nostettaessa. Siksi tämän artikkelin tarkoituksena on etsiä esineitä ja joukot jolla voitto voimaa kuormaa nostettaessa yksinkertaisella tukimekanismilla.

Avainsanat:

Ensinnäkin tutustumme ja vertaamme sitä, kuinka voiman lisäys saadaan nostamalla kuorma yksinkertaisella lohkomekanismilla fysiikan oppikirjoissa luokalle 7, tätä varten sijoitamme taulukkoon otteet oppikirjoista, joilla on samat käsitteet selvyyden vuoksi.

Yhteenveto oppikirjojen tekstien ja kuvien tutustumisesta ja vertailusta:

Todisteet oppikirjan lujuuden lisääntymisestä A. Poryshkina suoritetaan lohkopyörällä ja vaikuttava voima on vivun vahvuus; kuormaa nostettaessa kiinteä kappale ei anna lujuuden lisäystä, ja liikkuva kappale antaa lujuuden lisäyksen 2 kertaa. Ei ole mainintaa kaapelista, jolla kuorma roikkuu kiinteässä yksikössä, ja siirrettävästä yksiköstä kuorman kanssa.

Toisaalta L. E. Gendenshteinin oppikirjassa todistetaan lujuuden lisäyksestä kaapelilla, jolla kuorma tai siirrettävä yksikkö, jolla on kuorma, roikkuu ja vaikuttava voima on kaapelin kiristysvoima; kuormaa nostettaessa kiinteä kappale voi antaa 2-kertaisen vahvuusvahvuuden, mutta lohkopyörässä ei ole mainintaa vivusta.

Kirjallisuuden etsiminen, jossa kuvataan voiman saaminen lohkossa ja kaapelissa, johti akateemikon G. S. Landsbergin toimittamaan ”Fysiikan peruskirjaan”, kappale 84. Sivuilla 168-175 oleville yksinkertaisille koneille on annettu kuvaus: "yksinkertainen lohko, kaksoislohko, portti, hihnapyörä ja differentiaalilohko". Itse asiassa sen suunnittelussa "kaksoislohko antaa lujuuden lisäyksen kuormaa nostettaessa, lohkojen säteiden pituuserosta johtuen", jolla kuorma nostetaan, ja "ketjunostin antaa voiman voiman kuormaa nostettaessa köyden takia. , useissa osissa, joista kuorma roikkuu. ” Siten oli mahdollista selvittää, miksi lujuuden lisäys annetaan kuormaa nostettaessa, erikseen lohko ja vaijeri (köysi), mutta ei ollut mahdollista selvittää, kuinka lohko ja kaapeli ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja siirtää lastin paino toisiinsa, koska kuorma voidaan ripustaa kaapelilla. , ja kaapeli heitetään lohkon yli tai tavara voi roikkua lohkossa, ja lohko roikkuu kaapelissa. Kävi ilmi, että kaapelin vetovoima on vakio ja toimii koko kaapelin pituudella, joten lastin paino siirtyy kaapelin avulla lohkoon jokaisessa johdon ja lohkon välisessä kosketuskohdassa, samoin kuin lohkolle ripustetun kuorman painon siirtäminen kaapeliin. Yksikön ja kaapelin vuorovaikutuksen selventämiseksi suoritamme kokeita voiman saamiseksi liikkuvassa yksikössä kuormaa nostettaessa käyttämällä koulufysiikan kabinetin laitteita: dynamometriä, laboratorioyksiköitä ja kuormasarjaa 1N (102 g). Aloitamme kokeiluja mobiiliyksiköllä, koska meillä on kolme erilaista versiota voiman saamiseksi tämän yksikön voimasta. Ensimmäinen versio on ”Kuva 180. Liikkuva yksikkö vivuna, jolla on epätasaiset hartiat ”- A. Poryshkinan oppikirja, toinen” Kuva 24.5 ... kaksi identtistä kaapelin kiristysvoimaa F ”- L. Hendensteinin oppikirjan mukaan ja lopulta kolmas” Kuva 145. Polyspast ” . Kuorman nostaminen ketjunostimen siirrettävällä häkillä yhden köyden useissa osissa - G. Landsberg G.: n oppikirjan mukaan.

Kokemus nro 1. ”Kuva 183”

Kokeen nro 1 suorittamiseksi voiman saaminen liikkuvassa lohkossa ”OAB: n epätasaisilla haaroilla varustetulla vivulla”, kuten oppikirja A. Poryshkina, liikkuvan lohkon “Kuva 183” asentoon 1 vedä vipu OAV: n epätasaisilla hartioilla, kuten kohtaan "Kuva 180", ja aloita kuorman nostaminen asennosta 1 asentoon 2. Siinä hetkessä yksikkö alkaa pyöriä vastapäivään akselinsa ympäri pisteessä A ja pisteessä B - vivun pää, jonka yli hissi menee puoliympyrän ulkopuolella, jota pitkin kaapeli alhaalta taipuu liikkuvan kappaleen ympäri. Piste O - vivun tukipiste, joka on kiinnitettävä, laskee alas, katso "Kuva 183" - asento 2, ts. Vipu, jolla on epätasaiset olkapäät OAB muuttuu kuin vipu, jolla on tasaiset hartiat (samat polut kulkevat kohdat O ja B).

Kokeessa nro 1 saatujen tietojen perusteella siirrettävän kappaleen OAB-vivun asennon muutoksista nostettaessa tavaroita asennosta 1 asentoon 2 voidaan päätellä, että siirrettävän kappaleen esitys epätasaisilla olkapäillä olevassa vivussa "Kuvio 180", kun nostetaan Kuormitus, lohkon kiertyessä akselinsa ympäri, vastaa vipua, jolla on yhtä suuret olkapäät, mikä ei anna voiman lisäystä kuormaa nostettaessa.

Aloitamme kokeen nro 2 kiinnittämällä dynamometrit kaapelin päihin, johon ripustamme siirrettävän yksikön, jonka paino on 102 g, mikä vastaa 1 N: n painoa. Yksi kaapelin päistä kiinnitetään ripustukseen, ja nostamme mobiiliyksikön kuormaa kaapelin toisessa päässä. Ennen nostamista molempien dynamometrien lukemat 0,5 N: llä, nostamisen alussa, niiden dynamometrin lukemat, joille nosto tapahtuu, muuttuivat 0,6 N: ksi ja pysyivät niin nostamisen aikana, nostamisen lopussa lukemat palasivat 0,5 N: iin. kiinteälle suspensiolle ei muuttunut nousun aikana ja pysyi samana kuin 0,5 N. Analysoidaan kokeen tulokset:

1. Ennen nostoa, kun 1 N: n (102 g) kuorma roikkuu liikkuvalle kappaleelle, kuorman paino jaetaan koko pyörälle ja siirretään kaapeliin, joka ympäröi lohkoa alhaalta, koko pyörän puoliympyrän kanssa.
2. Ennen kuin nostat molempien dynamometrien lukemia 0,5 N: ssä, mikä osoittaa 1 N (102 g) kuorman painon jakautumisen kaapelin kahteen osaan (ennen ja jälkeen lohkon) tai että kaapelin vetovoima on 0,5 N, ja sama koko kaapelin pituudella (joka alussa, sama johdon lopussa) - molemmat näistä väittämistä ovat totta.

Vertakaamme kokemuksen nro 2 analyysiä oppikirjojen versioihin, joissa on vahvistettu 2 kertaa liikkuvan lohkon avulla. Aloitetaan Gendenstein L.E: n oppikirjan toteamuksella: "... lohkoon kohdistetaan kolme voimaa: alaspäin suunnatun kuorman P paino ja ylöspäin suunnatun kahden samanlaisen kaapelin jännitysvoiman (kuva 24.5) paino." Lausunto siitä, että lastin paino kohdassa ”Fig. 14,5 ”jaettiin kaapelin kahteen osaan ennen ja jälkeen lohkon, koska kaapelin vetovoima on yksi. Vielä on analysoitava allekirjoituksen merkitys ”Kuva 181” A. V. Poroškkin oppikirjasta “Liikkuvien ja kiinteiden kappaleiden yhdistelmä - hihnapyörä”. Kuvaus laitteesta ja voiman saamisesta kuormaa nostettaessa ketjunostimella on Elementary Physics Textbook, ed. G. Lansberg, jossa sanotaan: "Jokainen köysikappale lohkojen välillä vaikuttaa liikkuvaan kuormaan voimalla T, ja kaikki köyden osat vaikuttavat voimalla nT, missä n on köyden erillisten osien lukumäärä, joka yhdistää lohkon molemmat osat." Osoittautuu, että jos sovellamme vahvuusvaikutusta ”kuvaan 181” ketjunkirron molemmilla osilla yhdistävällä köydellä G.S. Landsbergin perusfysiikan oppikirjasta, niin kuva liikkuvassa lohkossa lujuuden lisääntymiselle kuvaan ”kuva 179” ja vastaavasti kuvaan. 180 ”on virhe.

Tutkittuaan neljä fysiikan oppikirjaa voimme päätellä, että olemassa oleva kuvaus yksinkertaisella lohkomekanismilla saavutetusta tehosta ei vastaa todellista tilannetta ja vaatii siksi uuden kuvauksen yksinkertaisen lohkomekanismin toiminnasta.

Yksinkertainen nostolaite   koostuu lohkosta ja köydestä (köysi tai ketju).

Tämän nostomekanismin lohkot jaetaan:

suunnittelulla yksinkertainen ja monimutkainen;

kuorman nostamismenetelmällä liikkuvalta ja paikallaan olevalta.

Tutustuminen lohkojen suunnitteluun alkaa yksinkertainen lohko, joka on akselinsa ympäri pyörivä pyörä, jossa on kaapelin (köyden, ketjun) kehän ympärillä oleva ura. Kuva 1 ja sitä voidaan pitää yhtä suurena varrena, jossa voimien hartiat ovat yhtä suuria pyörän säteen kanssa: ОА \u003d ОВ \u003d r. Tällainen yksikkö ei tuota voimaa, mutta antaa sinun muuttaa kaapelin (köyden, ketjun) liikesuuntaa.

Kaksinkertainen lohko   koostuu kahdesta eri säteellä olevasta lohkosta, jotka on kiinnitetty jäykästi yhteen ja asennettu kuvan 2 yhteiseen akseliin. Lohkojen säteet r1 ja r2 ovat erilaisia \u200b\u200bja kuormaa nostettaessa toimivat kuin vipu, jolla on epätasaiset hartiat, ja lujuuden lisäys on yhtä suuri kuin suuremman halkaisijan lohkon säteen pituuksien suhde pienemmän halkaisijan omaavaan lohkoon F \u003d P · r1 / r2.

portti koostuu sylinteristä (rummusta) ja siihen kiinnitetystä kahvasta, joka toimii suuren halkaisijan omaavana kauluksena. Kauluksen antama voiman voimakkuus määritetään kahvan kuvaaman ympyrän R säteen suhteella sylinterin r säteen, jolle köysi on kelattu, F \u003d P · r / R.

Siirrytään seuraavaksi menetelmään kuormien nostamiseksi lohkoina. Suunnittelukuvauksen mukaan kaikilla lohkoilla on akseli, jonka ympäri ne pyörivät. Jos lohkon akseli on kiinteä ja tavaroita nostettaessa ei nouse ja pudota, niin tällaista lohkoa kutsutaan kiinteä lohkoyksinkertainen lohko, kaksinkertainen lohko, portti.

sisään liikkuva lohkoakseli nousee ja putoaa kuvion 10 kuorman mukana, ja se on tarkoitettu pääasiassa poistamaan kaapelin törmäys kuorman ripustuspaikkaan.

Tutustutaan laitteeseen ja yksinkertaisen nostomekanismin toisen osan - vaijerin, köyden tai ketjun - nostamistapaan. Kaapeli on kierretty teräslangoista, köysi on kierretty langoista tai säikeistä ja ketju koostuu toisiinsa kytketyistä linkistä.

Tavat lastin keskeyttämiseksi ja voiman lisäämiseksi lastia nostettaessa kaapelilla:

Kuvassa 1 Kuviossa 4 kuorma on kiinteä kaapelin toisessa päässä ja jos nostat kuormaa kaapelin toisessa päässä, tämän kuorman nostaminen vaatii voimaa, joka on hieman suurempi kuin lastin paino, koska voimassa oleva yksinkertainen vahvistuksen yksikkö ei anna F \u003d P.

Kuviossa 5 työntekijä nostaa itsensä vaijerilla, joka taipuu yksinkertaisen lohkon ympärille, istuin, johon työntekijä istuu, on kiinnitetty kaapelin ensimmäisen osan toiseen päähän, ja työntekijä nostaa itsensä kaapelin toiseen osaan voimalla, joka on 2 kertaa pienempi kuin hänen paino, koska työntekijän paino jakautui kaapelin kahteen osaan, ensimmäinen istuimesta lohkoon ja toinen lohkosta työntekijän käsiin F \u003d P / 2.

Kuviossa 6 kaksi työntekijää nostavat kuorman kahdella kaapelilla ja kuorman paino jakautuu tasaisesti kaapeleiden kesken ja siksi kukin työntekijä nostaa kuorman puolelle kuorman painosta F \u003d P / 2.

Kuvassa 7 työntekijät nostavat kuorman, joka roikkuu yhden kaapelin kahteen osaan ja kuorman paino jakautuu tasaisesti tämän kaapelin osien välillä (kahden kaapelin välillä), ja kukin työntekijä nostaa kuorman voimalla, joka on yhtä suuri kuin puolet kuorman painosta F \u003d P / 2.

Kuviossa 8 kaapelin pää, jolle yksi työntekijöistä nosti kuorman, kiinnitettiin kiinteään ripustukseen ja kuorman paino jaettiin kahteen kaapelin osaan ja kun työntekijä nosti kuorman, kaapelin toinen pää kaksinkertaistui, voima, jolla työntekijä nostaa kuormaa vähemmän painoa F \u003d P / 2 ja kuorma on 2 kertaa hitaampi.

Kuvassa 9 kuorma roikkuu yhden kaapelin 3 osassa, joiden toinen pää on kiinnitetty ja lujuuden lisäys kuormaa nostettaessa on 3, koska kuorman paino jakautuu kaapelin kolmeen osaan F \u003d P / 3.

Taimen poistamiseksi ja kitkavoiman vähentämiseksi kuorman ripustamisen sijaan asennetaan yksinkertainen lohko ja kuorman nostamiseen tarvittava voima ei ole muuttunut, koska yksinkertainen lohko ei anna kuvien 10 ja 11 lujuuden lisäystä, ja itse lohkoa kutsutaan liikkuva lohko, koska tämän lohkon akseli nousee ja putoaa kuorman mukana.

Teoriassa kuorma voidaan ripustaa rajoittamattomaan määrään yhden kaapelin osia, mutta ne ovat käytännössä rajoitettu kuuteen osaan, ja tällaista nostomekanismia kutsutaan hihnapyörä, joka koostuu kiinteästä ja siirrettävästä pidikkeestä, jolla on yksinkertaiset lohkot, jotka taivutetaan vuorotellen kaapelin avulla, kiinnitetään toisesta päästä kiinteään pidikkeeseen ja kuorma nostetaan kaapelin toisessa päässä. Lujuuden lisäys riippuu kiinteiden ja siirrettävien kiinnittimien välisen kaapelin osien lukumäärästä, yleensä se on 6 kaapelin osaa ja voiman lisäys on 6 kertaa.

Artikkelissa käsitellään lohkojen ja kaapelin tosielämän vuorovaikutusta kuormaa nostettaessa. Nykyinen käytäntö määritettäessä, että ”kiinteä lohko ei anna voiman lisäystä ja liikkuva lohko saa voimaa 2 kertaa” tulkitsi virheellisesti kaapelin ja lohkon vuorovaikutusta nostomekanismissa eikä heijasta lohkojen rakenteen monimuotoisuutta, mikä johti yksipuolisten virheellisten ajatusten kehittämiseen lohko. Verrattuna olemassa oleviin materiaalimääriin kappaleen yksinkertaisen mekanismin tutkimiseksi, artikkelin tilavuus kasvoi 2 kertaa, mutta se antoi mahdolliseksi selkeyttää ja ymmärrettävästi selittää yksinkertaisessa kuorman nostojärjestelmässä tapahtuvat prosessit paitsi opiskelijoille myös opettajille.

Viitteet:

1. Poryshkin, A. V. Fysiikka, 7. luokka: oppikirja / A. V. Poryshkin.- 3. painos, lisäosa.- M .: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. 61. § Vipuvaikutussuhteen säännön soveltaminen kappaleeseen, s. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fysiikka. 7. luokka. 2 tuntia, osa 1. Oppikirja oppilaitoksille / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; toimituksessa V. A. Orlova, I. I. Roisen, 2. painos, rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 s .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Yksinkertaiset mekanismit, s. 188–196.
3. Alkuperäinen fysiikan oppikirja, toimittanut akateemikko G. S. Landsberg, osa 1. Mekaniikka. Lämpöä. Molecular Physics, 10. painos, Moskova: Nauka, 1985. § 84. Simple Machines, s. 168–175.
4. Gromov, S. V. Fysiikka: Oppikirja. 7 cl. yleinen koulutus. instituutiot / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. toim. - M .: Koulutus, 2001.-158 s ,: sairas. ISBN-5-09-010349-6. § 22. Block, s. 55-57.

Avainsanat: lohko, kaksoislohko, kiinteä lohko, liikkuva lohko, hihnapyörä..

tiivistelmä:   Luokan 7 fysiikan oppikirjat tulkitsevat yksinkertaista lohkojen mekanismia opiskellessaan lujuusvoimakkuutta eri tavalla, kun nostetaan taakkaa tällä mekanismilla, esimerkiksi: A. V. Peryshkinin oppikirjassa lujuuden lisäys saavutetaan lohkopyörän avulla, johon vipuvoimat vaikuttavat, ja Gendenshtein L. E.: n oppikirjassa sama vahvistus saadaan kaapelin avulla, johon kaapelin kiristysvoima vaikuttaa. Erilaiset oppikirjat, eri aiheet ja erilaiset voimat - voiman lisäämiseksi kuormaa nostettaessa. Siksi tämän artikkelin tarkoituksena on etsiä esineitä ja voimia, joiden avulla saadaan vahvuusvoimaa nostettaessa kuormaa yksinkertaisella lohkomekanismilla.

4.1. Staattiset elementit

4.1.7. Joitakin yksinkertaisia \u200b\u200bmekanismeja: estää

Laitteita, jotka on suunniteltu siirtämään (nostamaan, laskemaan) lastia pyörän ja sen yli heitetyn langan avulla, johon kohdistetaan jonkin verran voimaa, kutsutaan lohkoiksi. Erota kiinteät ja liikkuvat lohkot.

Lohkot on suunniteltu siirtämään P → c-painoista lastia voimalla F →, joka kohdistuu pyörän yli heitettyyn köyteen.

varten kaikenlaisia \u200b\u200blohkoja   (liikkumaton ja liikkuva) tasapainotila täyttyy:

d 1 F \u003d d 2 P,

missä d 1 on köyteen kohdistetun voiman F → olkapää; d 2 - voiman P → olkapää (tämän yksikön avulla siirretyn kuorman paino).

kiinteä lohko   (Kuva 4.8) voimien F → ja P → olkapäät ovat samat ja yhtä suuret kuin lohkon säde:

d1 \u003d d2 \u003d R,

siksi voimamodulit ovat keskenään yhtä suuret:

F \u003d P.

Kuva 4,8

Kiinteää lohkoa käytettäessä painokappaletta P → voidaan siirtää käyttämällä voimaa F →, jonka arvo on yhtä suuri kuin kuorman paino.

Liikkuvassa lohkossa (kuva 4.9) voimien F → ja P → hartiat ovat erilaisia:

d1 \u003d 2R ja d2 \u003d R,

missä d 1 on köyteen kohdistetun voiman F → olkapää; d 2 - voiman P → olkapää (tämän yksikön avulla siirretyn kuorman paino),

siksi voimamallit noudattavat tasa-arvoa:

Kuva 4.9

Painokappaletta P → voidaan liikuttaa siirrettävää yksikköä käyttämällä voimaa F →, jonka arvo on puolet kuorman painosta.

Lohkojen avulla voit siirtää vartaloa tietyn matkan:

• kiinteä lohko ei tuota voimaa; se muuttaa vain kohdistetun voiman suuntaa;
• matkaviestin antaa vahvistuksen 2 kertaa.

Kuitenkin sekä liikutettavat että kiinteät lohkot älä anna voittoa työ: kuinka monta kertaa voitamme vahvuudessa, niin monta kertaa menettämme etäisyyden (mekaniikan "kultainen sääntö").

Esimerkki 22. Järjestelmä koostuu kahdesta painottomasta kappaleesta: yksi liikkuva ja toinen liikumaton. 0,40 kg painava tavara ripustetaan liikkuvan kappaleen akselilta ja koskettaa lattiaa. Kiinteän kappaleen yli heitetyn köyden vapaaseen päähän kohdistuu tietty voima, kuten kuvassa. Tämän voiman vaikutuksesta kuorma nousee lepotilasta 4,0 m: n korkeudelle 2,0 s: ssa. Löydä köyteen kohdistuva voimakerroin.

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

2 T ′ - m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Kuorman peittämä polku on samanlainen kuin sen korkeus lattiapinnan yläpuolella ja liittyy kaavan mukaan sen liikkumisaikaan t

tai ottamalla huomioon kiihtyvyysmoduulin lauseke

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

Ilmaamme halutun vahvuuden täältä:

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

ja laske sen arvo:

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

Esimerkki 23. Järjestelmä koostuu kahdesta painottomasta kappaleesta: yksi liikkuva ja toinen liikumaton. Jotkut kuormat ripustetaan kiinteän yksikön akselilta kuvan osoittamalla tavalla. Köyden vapaaseen päähän kohdistetun vakiovoiman vaikutuksesta kuorma alkaa liikkua jatkuvalla kiihtyvyydellä ja liikkuu ylöspäin 3,0 m: n etäisyydellä 2,0 s: ssa. Kuorman liikkeen aikana käytetty voima kehittää keskimääräisen tehon 12 wattia. Löydä lastin massa.

Päätös. Liikkuviin ja kiinteisiin lohkoihin vaikuttavat voimat on esitetty kuvassa.

Kaksi voimaa T → vaikuttavat kiinteään lohkoon köyden sivulta (lohkon molemmilta puolilta); näiden voimien vaikutuksesta lohkon translaatioliike puuttuu. Jokainen näistä voimista on yhtä suuri kuin köyden päähän kohdistettu voima F →:

Kolme voimaa vaikuttaa liikkuvaan lohkoon: kaksi köyden kiristysvoimaa T → ′ (lohkon molemmilla puolilla) ja kuorman paino P → \u003d m g →; Ilmoitettujen voimien vaikutuksesta lohko (yhdessä siitä ripustetun kuorman kanssa) liikkuu kiihtyvyydellä.

Me kirjoitamme toisen Newtonin lain liikkuvalle lohkolle muodossa:

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

tai projektiossa koordinaattiakselille, joka on suunnattu pystysuoraan ylöspäin,

2 T ′ - m g \u003d m a,

missä T ′ on köyden jännitysvoiman moduuli; m on kuorman massa (liikkuvan yksikön massa kuorman kanssa); g on vapaan pudotuksen kiihtyvyyskerroin; a - yksikön kiihtyvyysmoduuli (kuormalla on sama kiihtyvyys, joten puhumme kuorman kiihtyvyydestä).

Köyden T 'jännityskerroin T' on yhtä suuri kuin voiman T moduuli:

siksi kuorman kiihtyvyysmoduuli määritetään lausekkeen avulla

a \u003d 2 F - m g m.

Toisaalta kuorman kiihtyvyys määritetään ajomatkan kaavalla:

missä t on lastin liikkumisaika.

tasa-arvo

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

antaa sinulle lausekkeen sovelletun voiman moduulille:

F \u003d m (S t2 + g2).

Kuorma liikkuu tasaisesti kiihtyneenä, joten sen nopeuden moduuli määräytyy lausekkeen avulla

v \u003d at

ja keskimääräinen nopeus on

〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

Käytetyn voiman kehittämän keskimääräisen tehon arvo määritetään kaavalla

〈N〉 \u003d F 〈v〉,

tai ottaen huomioon voimamoodin ja keskimääräisen nopeuden lausekkeet:

〈N〉 \u003d m a (2S + g t2) 4 t.

Täältä ilmaistamme halutun massan:

m \u003d 4 t 〈N〉a (2S + g t2).

Korvaamme kiihdytyksen lausekkeen saatuun kaavaan (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〈N〉S (2S + g t2)

ja laske:

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

Tutkimustehtävän raportti

"Tutkimus lohkokysymyksistä, jotka antavat vahvistuksen 2, 3, 4 kertaa"

7. luokan opiskelijat.

Yläaste 76., Yaroslavl

Työn teema: Sellaisten lohkojen järjestelmän tutkiminen, jotka antavat vahvuutensa 2, 3, 4 kertaa.

Työn tarkoitus: Lohkojärjestelmiä käyttämällä saada vahvuusvoima 2, 3, 4 kertaa.

laitteet:   siirrettävät ja kiinteät lohkot, jalustat, kytkinjalat, painot, köysi.

Työsuunnitelma:

Opiskella teoreettista materiaalia aiheesta ”Yksinkertaiset mekanismit. Lohkot ";

Kerää ja anna kuvaus asennuksista - lohkojärjestelmät, jotka antavat vahvistuksen 2, 3, 4 kertaa.

Kokeen tulosten analyysi;

johtopäätös

“Jotain lohkoista”

Nykyaikaisessa tekniikassa nostokoneistoja käytetään laajasti, joiden välttämättömiä komponentteja voidaan kutsua yksinkertaisiksi mekanismeiksi. Niistä ihmiskunnan vanhimmat keksinnöt ovat lohkoja. Muinaiskreikkalainen tutkija Archimedes helpotti ihmisen työtä antamalla hänelle voimaa saada keksintöä käyttäessään ja opetti häntä muuttamaan voiman suunnan.

Lohko on pyörä, jolla on ura ympyrän ympäri köyttä tai ketjua varten, jonka akseli on tiukasti kiinnitetty seinä- tai kattopalkkiin. Nostolaitteet eivät yleensä käytä yhtä, vaan useita lohkoja. Kantokyvyn lisäämiseksi suunniteltua lohko- ja kaapelijärjestelmää kutsutaan ketjunostimeksi.

Fysiikan oppitunneissa opiskelemme liikkuvaa ja liikkumattomia lohkoja. Kiinteää lohkoa käyttämällä voit muuttaa voiman suuntaa. Liikkuva lohko - lasku antaa voiman lisäyksen 2 kertaa.Kiinteä lohko Archimedes piti sitä tasa-arvoisena käsivartena. Kiinteän kappaleen yhdelle puolelle vaikuttava voimamomentti on yhtä suuri kuin lohkon toiselle puolelle kohdistettu voimamomentti. Nämä hetket luovat voimat ovat samat. Ja Archimedesin matkaviestinlohko veti epätasaisen vivun. Suhteessa kiertokeskipisteeseen on voimamomentteja, joiden on oltava tasapainossa yhtä suuret.

Estä piirrokset:

2. Asennuskokoonpano - lohkojärjestelmät, jotka antavat vahvistuksen 2, 3 ja 4 kertaa.

Käytämme rahtia töissä,jonka paino on 4 N   (Kuva 3).

Kuva 3

Käyttämällä liikkuvia ja kiinteitä lohkoja ryhmämme koonnut seuraavat yksiköt:

2-kertainen lohkojärjestelmä   (Kuva 4 ja 5).

Tämä lohkojärjestelmä käyttää siirrettäviä ja kiinteitä lohkoja. Tällainen yhdistelmä antaa voiman lisäyksen kahdesti. Tästä syystä pisteeseen A on kohdistettava voima, joka on puolet kuorman painosta.

Kuvio 4

Kuvio 5

Valokuvassa (kuva 5) voidaan nähdä, että tämä asetus antaa 2-kertaisen vahvuusvahvistuksen, dynamometri näyttää noin 2 N: n voiman. Kaksi köyttä tulee kuormasta. Lohkojen painoa ei oteta huomioon.

3-kertainen lohkojärjestelmä . Kuvio 6 ja kuvio 7

Tässä lohkojärjestelmässä käytetään kahta liikkuvaa ja kiinteää lohkoa. Tällainen yhdistelmä antaa kolminkertaisen vahvuusvoiman. Asennuksemme toimintaperiaate 3-kertaisella (voiman lisäys 3 kertaa) näyttää kuvassa esitetyltä. Köyden pää kiinnitetään alustaan, sitten köysi heitetään kiinteän lohkon läpi. Jälleen kerran siirrettävän lohkon läpi, joka pitää lavan kuorman kanssa. Sitten vedämme köyden toisen kiinteän kappaleen läpi. Tämän tyyppiset mekanismit antavat vahvistuksen 3 kertaa, tämä on pariton vaihtoehto. Käytämme yksinkertaista sääntöä: kuinka monta köyttä tulee kuormasta, sellainen on vahvuutemme. Köyden pituudessa menetämme täsmälleen niin monta kertaa, kuinka monta kertaa voiman lisäys on.

Kuvio 6

Kuva 7

Kuva 8

Valokuvassa (kuva 8) voidaan nähdä, että dynamometri näyttää noin 1,5 N.: n voiman. Virhe ilmoittaa liikkuvan yksikön ja alustan painon. Lastista tulee kolme köyttä.

4-kertainen lohkojärjestelmä .

Tämä lohkojärjestelmä käyttää kahta liikkuvaa ja kahta kiinteää lohkoa. Tällainen yhdistelmä antaa nelinkertaisen vahvistuksen. (Kuva 9 ja 10).

Kuva 9

Kuva 10

Valokuvassa (kuva 10) voidaan nähdä, että tämä asetus antaa 4-kertaisen vahvuusvahvistuksen, dynamometri näyttää noin 1 N: n voiman. Neljä köyttä tulee kuormasta.

johtopäätös:

Siirrettävien ja kiinteiden lohkojen järjestelmä, joka koostuu köysistä ja lohkoista, antaa sinun voittaa tehokas vahvuus menettämällä pituuden. Käytämme yksinkertaista sääntöä - mekaniikan kultaista sääntöä: kuinka monta köyttä tulee kuormasta, tämä on vahvuutemme. Köyden pituudessa menetämme täsmälleen niin monta kertaa, kuinka monta kertaa voiman lisäys on. Tämän mekaniikan kultaisen säännön ansiosta on mahdollista nostaa suuren massan kuormia tekemättä suuria ponnistuksia.

Tietäen tätä sääntöä, voit luoda lohkojärjestelmiä - polyspast, joiden avulla voit voittaa vallassa n: nnen kerran. Siksi lohkot ja lohkojärjestelmät ovat laajalti käytössä elämämme eri alueilla. Psiirrettäviä ja kiinteitä kappaleita käytetään laajalti autojen vaihdelaitteissa. Lisäksi rakennusaineet käyttävät lohkoja suurten ja pienten kuormien nostamiseen (esimerkiksi rakennuksen ulkoisia julkisivuja korjattaessa rakentajat työskentelevät usein kehikossa, joka voi liikkua kerrosten välillä. Kun lattiatyöt on saatu päätökseen, työntekijät voivat siirtää kehon nopeasti korkeampaan kerrokseen käyttämällä kun taas vain heidän oma voimansa). Lohkot ovat niin yleisiä, koska niiden kokoonpano on yksinkertainen ja niiden kanssa työskentely on helppoa.

Toistaiseksi oletamme, että lohkon ja kaapelin massa sekä kitka lohkossa voidaan jättää huomiotta. Tässä tapauksessa kaapelin kiristysvoimaa voidaan pitää samana kaikissa sen osissa. Lisäksi pidämme kaapelia pidentämättömänä ja sen massa on merkityksetön.

Kiinteä lohko

Kiinteää lohkoa käytetään voiman suunnan muuttamiseen. Kuvassa 1 Kuvio 24.1, a näyttää kuinka kiinteää lohkoa käytetään voiman suunnan kääntämiseen. Kuitenkin sen avulla voit muuttaa voiman suunnan haluamallasi tavalla.

Piirrä kaavio kiinteän lohkon käytöstä, jolla voit kiertää voiman suuntaa 90 °.

Saako kiinteä lohko vahvistuksen? Harkitse tätä käyttämällä kuvassa 1 näytettyä esimerkkiä. 24,1 a. Kaapeli vedetään kalastajan kohdistamalla voimalla kaapelin vapaaseen päähän. Kaapelin kiristysvoima pysyy vakiona kaapelia pitkin, joten kaapelin puolelta kuormaan (kaloihin) vaikuttaa sama modulovoima. Siksi kiinteä lohko ei tuota voimaa.

Kiinteää yksikköä käytettäessä kuorma nousee niin paljon kuin kaapelin pää putoaa, mihin kalastaja kohdistaa voimaa. Tämä tarkoittaa, että kiinteää lohkoa käyttämällä emme voita tai häviä matkalla.

Siirrettävä yksikkö

Laita kokemus

Nostaessasi taakkaa kevyesti liikkuvan lohkon avulla, huomaamme, että jos kitka on pieni, kuorman nostamiseksi on käytettävä voimaa, joka on noin 2 kertaa pienempi kuin kuorman paino (kuva 24.3). Siten liikkuva yksikkö antaa voiman lisäyksen 2 kertaa.

Kuva 24.3. Mobiiliyksikköä käytettäessä voitamme 2 kertaa voimaa, mutta menetämme saman määrän matkalla

Kaksinkertaisen vahvuusvoiman saamiseksi sinun on kuitenkin maksettava sama tappio matkalla: Jos haluat nostaa kuormaa esimerkiksi 1 m: lla, sinun on nostettava lohkon yli heitetyn kaapelin päätä 2 m: lla.

Se tosiasia, että liikkuva lohko antaa kaksinkertaisen vahvuusvahvistuksen, voidaan todistaa turvautumatta kokemukseen (katso jäljempänä kappale "Miksi liikkuva lohko antaa kaksinkertaisen vahvuusvahvistuksen?").

Voiman saamiseksi käytetään yleensä yksinkertaisia \u200b\u200bmekanismeja. Eli vähemmän voimalla liikuta enemmän painoa siihen verrattuna. Lisäksi vahvuusvoittoa ei saavuteta "ilmaiseksi". Sen takaisinmaksuaika on etäisyyden menetys, eli sinun on tehtävä enemmän liikettä kuin ilman yksinkertaista mekanismia. Kuitenkin, kun voimat ovat rajoitetut, etäisyyden "vaihto" voimalle on hyödyllistä.

Siirrettävät ja kiinteät lohkot ovat eräitä yksinkertaisten mekanismien tyyppejä. Lisäksi ne ovat muokattu vipu, joka on myös yksinkertainen mekanismi.

Kiinteä lohko   ei tuo voimaa, se vain muuttaa sovelluksen suuntaa. Kuvittele, että sinun on nostettava raskaa taakka köyttä ylöspäin. Sinun täytyy vetää se ylös. Mutta jos käytät kiinteää lohkoa, sinun on vedettävä alas, kun kuorma nousee. Tässä tapauksessa se on sinulle helpompaa, koska tarvittava vahvuus muodostuu lihasvoimasta ja painosta. Ilman kiinteää lohkoa olisi tarpeen käyttää samaa voimaa, mutta se saavutettaisiin yksinomaan lihasvoiman takia.

Kiinteä lohko on pyörä, jossa on ura köyttä varten. Pyörä on kiinteä, se voi pyöriä akselinsa ympäri, mutta ei voi liikkua. Köyden (kaapelin) päät roikkuvat alas, yhteen kiinnitetään kuorma ja toiseen kohdistetaan voimaa. Jos vedät kaapelin alas, kuorma nousee.

Koska voimaa ei saada, etäisyydessä ei ole menetystä. Kuorman noustessa, köysi on laskettava samalla etäisyydellä.

käyttö liikkuva lohko antaa voimannon kahdesti (mieluiten). Tämä tarkoittaa, että jos kuorman paino on F, sinun on käytettävä voimaa F / 2 sen nostamiseksi. Mobiiliyksikkö koostuu samasta pyörästä, jossa on kaapeliura. Kaapelin toinen pää on kuitenkin kiinnitetty tähän ja pyörä on liikutettavissa. Pyörä liikkuu kuorman mukana.

Kuorman paino on alaspäin suuntautuva voima. Sitä tasapainottaa kaksi ylöspäin suunnattua voimaa. Yksi luodaan tuella, johon kaapeli on kiinnitetty, ja toisella, vetämällä kaapelilla. Kaapelin vetovoima on sama molemmilla puolilla, mikä tarkoittaa, että kuorman paino jakautuu tasaisesti niiden kesken. Siksi kukin voimista on 2 kertaa pienempi kuin lastin paino.

Todellisissa tilanteissa voimavahvuus on vähemmän kuin 2 kertaa, koska nostovoima "kuluu osittain" köyden ja kappaleen painoon sekä kitkaan.

Matkapuhelin, joka antaa melkein kaksinkertaisen vahvuusvoiton, antaa kaksinkertaisen etäisyyshäviön. Kuorman nostamiseksi tiettyyn korkeuteen h on välttämätöntä, että köydet lohkon kummallakin puolella vähenevät tällä korkeudella, toisin sanoen, saadaan yhteensä 2h.

Käytä yleensä kiinteiden ja liikkuvien lohkojen yhdistelmiä. Niiden avulla voit saada voimaa ja suuntaa. Mitä enemmän liikkuvia lohkoja on ketjunostimessa, sitä suurempi vahvuus on.