Le terme « bloc » signifie un dispositif mécanique, qui est un rouleau monté sur un axe perpendiculaire. Ce rouleau peut soit se déplacer librement, soit au contraire être fixé rigidement. Simplifions la définition : si l'axe de rotation du rouleau se déplace dans l'espace, alors le bloc est mobile. Le rouleau a une rainure dans laquelle une corde ou un câble est inséré. L'image ci-dessous montre apparence bloc.

Si le rouleau est fixé, par exemple, au plafond, il s'agit d'un bloc fixe. Si le rouleau bouge avec la charge, c'est un bloc mobile. D'une manière générale, c'est la seule différence.

L'intérêt d'utiliser un bloc mobile est de gagner en force lors du levage ou du déplacement de charges et corps physiques. Un bloc fixe n'apporte aucun avantage, mais il simplifie souvent grandement le mouvement du corps et est utilisé dans des systèmes avec un bloc mobile.

Application de blocs mobiles et fixes

Le système de blocs se retrouve partout. Il s'agit notamment des grues et divers appareils pour déplacer des charges dans le garage, et même des courroies d'entraînement dans une voiture moderne. Souvent, un bloc est utilisé même sans comprendre clairement qu'il s'agit du même mécanisme.

Sur les chantiers de construction, vous avez sûrement rencontré des roues mobiles fixées aux étages supérieurs d'une maison en construction. Une corde ou une chaîne est lancée sur une telle roue et le travailleur, fixant le seau au premier étage, le soulève jusqu'à l'étage supérieur, déplaçant la corde. Ceci est un exemple simple d'utilisation d'un bloc fixe. Si vous ajoutez une autre roue au godet, vous obtenez un système de blocs - mobiles et fixes.

Un autre exemple plus rare d'utilisation d'un bloc fixe. Lorsqu’une personne sort une voiture de la boue en enroulant la corde de remorquage autour d’un tronc d’arbre. Ceci est fait pour plus de commodité, puisque le treuil de remorquage s'accrochera facilement à la petite extrémité du câble enroulé autour du canon. Il n'y a aucun gain d'un tel bloc lui-même, et comme l'arbre ne tourne pas autour de son axe, la force de résistance augmente la charge.

Il existe de nombreux exemples d’utilisation de ces mécanismes simples autour de nous.

L'appareil le plus connu qui fonctionne sur le principe des blocs est le palan à chaîne. Il est activement utilisé dans mécanismes de levage. Le système de blocs réduit la force et travail général est réduit de 4 à 8 fois.

Résoudre les problèmes de blocs mobiles et fixes

Dans les problèmes de physique, il est souvent nécessaire de déterminer quel sera le gain total de résistance obtenu en utilisant des blocs. L'étudiant se voit proposer circuit complexe, où plusieurs blocs de types différents sont connectés en ligne.

La clé de la solution Ces tâches résident dans la capacité à comprendre l’interaction de ces appareils. Chaque bloc est calculé séparément puis ajouté à la formule globale. Formule de calcul car l'ensemble du problème est compilé selon le schéma que l'élève a dessiné en lisant la condition.

Pour mieux comprendre ces problèmes, il convient de rappeler que un bloc est une sorte de levier. La force gagnée entraîne une perte de distance (dans le cas d'un bloc en mouvement).

La formule de calcul est très simple.

Pour bloc fixe F=fmg, où F est la force, f est le coefficient de résistance du bloc, m est la masse de la charge, g est la constante gravitationnelle. Autrement dit, F est la force qu’il faut appliquer pour soulever, par exemple, une caisse du sol à l’aide d’un bloc fixe. Comme vous pouvez le constater, la relation est directe et il n’y a pas de coefficient.

Pour déplacer un bloc nous avons un double gain de puissance. Formule de calculF=0,5fmg, où désignations de lettres similaire à la formule juste au-dessus. En conséquence, lors de l'utilisation d'un bloc mobile, une telle boîte de masse m sera soulevée deux fois plus facilement avec le bloc qu'en utilisant uniquement votre propre dos.

noter que coefficient de traînée- c'est la résistance qui apparaît dans le bloc lorsque la corde se déplace le long de celui-ci. Habituellement, ces valeurs sont spécifiées dans l'énoncé du problème ou sont des valeurs tabulaires. Parfois, dans les problèmes scolaires, ces coefficients sont complètement omis et ne sont pas pris en compte.

De plus, il ne faut pas oublier que si la force est appliquée selon un angle, vous devez alors utiliser la méthode standard de calcul du triangle des forces. Si le problème indique qu'une personne tire une charge sur une corde située à 30 degrés par rapport à l'horizon, cela doit certainement être pris en compte et indiqué sur le schéma de calcul.

Le bloc est constitué d'une ou plusieurs roues (rouleaux) encerclées par une chaîne, une courroie ou un câble. Tout comme un levier, une poulie réduit la force nécessaire pour soulever une charge, mais elle peut également changer la direction de la force appliquée.

Le gain de force se fait au détriment de la distance : moins il faut d'effort pour soulever une charge, plus la distance que doit parcourir le point d'application de cet effort est longue. Le système de blocs augmente les gains de puissance grâce à l'utilisation de plus chaînes porteuses de charges. De tels dispositifs d'économie d'énergie ont une très large gamme d'applications - du déplacement de poutres en acier massives à la hauteur des chantiers de construction en passant par le lever de drapeaux.

Comme pour d’autres mécanismes simples, les inventeurs du bloc sont inconnus. Bien que les blocs aient pu exister auparavant, la première mention d'eux dans la littérature remonte au Ve siècle avant JC et concerne l'utilisation de blocs par les Grecs de l'Antiquité sur les navires et dans les théâtres.

Systèmes de blocs mobiles montés sur un rail suspendu (photo ci-dessus) largement utilisés sur les chaînes de montage car ils facilitent grandement le déplacement des pièces lourdes. La force appliquée (F) est égale au poids de la charge (W) divisé par le nombre de chaînes utilisées pour la supporter (n).

Blocs fixes simples

Ce type de poulie le plus simple ne réduit pas la force nécessaire pour soulever la charge, mais il change la direction de la force appliquée, comme le montrent les figures ci-dessus et en haut à droite. Bloc fixe sur le dessus du mât du drapeau facilite le levage du drapeau en permettant de tirer vers le bas le cordon auquel le drapeau est attaché.

Blocs mobiles simples

La poulie unique, qui peut être déplacée, réduit de moitié la force nécessaire pour soulever la charge. Cependant, diviser par deux la force appliquée signifie que le point d’application doit parcourir deux fois plus loin. DANS dans ce cas la force est égale à la moitié du poids (F=1/2W).

Systèmes de blocs

Lors de l'utilisation d'une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile, la force appliquée est un multiple du nombre total de chaînes porteuses. Dans ce cas, la force est égale à la moitié du poids (F=1/2W).

Cargaison, suspendu verticalement à travers le bloc, permet de tendre les fils électriques horizontaux.

Ascenseur suspendu(photo ci-dessus) se compose d’une chaîne enroulée autour d’un bloc mobile et de deux blocs fixes. Soulever une charge nécessite une force qui ne représente que la moitié de son poids.

Palan à poulie, couramment utilisé dans les grandes grues (photo de droite), se compose d'un ensemble de blocs mobiles auxquels la charge est suspendue et d'un ensemble de blocs fixes fixés à la flèche de la grue. En gagnant en force grâce à autant de blocs, la grue peut soulever des charges très lourdes, telles que des poutres en acier. Dans ce cas, la force (F) est égale au quotient du poids de la charge (W) divisé par le nombre de câbles porteurs (n).

Plus souvent mécanismes simples utilisé pour acquérir du pouvoir. Autrement dit, utiliser moins de force pour déplacer un poids plus important que celui-ci. Dans le même temps, les gains de force ne sont pas obtenus « gratuitement ». Le prix à payer est une perte de distance, c'est-à-dire qu'il faut faire un mouvement plus important que sans utiliser un mécanisme simple. Cependant, lorsque les forces sont limitées, alors « échanger » la distance contre la force est bénéfique.

Les blocs mobiles et fixes sont deux types de mécanismes simples. De plus, il s'agit d'un levier modifié, qui est également un mécanisme simple.

Bloc fixe ne donne pas de gain de force, il change simplement le sens de son application. Imaginez que vous devez soulever une corde lourde charge en haut. Vous devrez le remonter. Mais si vous utilisez un bloc fixe, vous devrez alors tirer vers le bas pendant que la charge monte. Dans ce cas, ce sera plus facile pour vous, puisque la force requise sera constituée de la force musculaire et de votre poids. Sans l’utilisation d’un bloc stationnaire, la même force devrait être appliquée, mais elle serait obtenue uniquement grâce à la force musculaire.

Le bloc fixe est une roue avec une rainure pour une corde. La roue est fixe, elle peut tourner autour de son axe, mais ne peut pas bouger. Les extrémités de la corde (câble) pendent, une charge est attachée à l'une et une force est appliquée à l'autre. Si vous tirez le câble vers le bas, la charge monte.

Puisqu’il n’y a pas de gain de force, il n’y a pas de perte de distance. Plus la charge monte, plus la corde doit être abaissée de la même distance.

Usage bloc mobile donne le gain de force deux fois (idéalement). Cela signifie que si le poids de la charge est F, alors pour la soulever, une force de F/2 doit être appliquée. Bloc mobile Le tout est constitué de la même roue avec une rainure pour le câble. Cependant, une extrémité du câble est ici fixe et la roue est mobile. La roue bouge avec la charge.

Le poids de la charge est une force vers le bas. Il est équilibré par deux forces ascendantes. L'un est créé par un support auquel est fixé un câble, et l'autre par une traction de câble. La force de tension du câble est la même des deux côtés, ce qui signifie que le poids de la charge est également réparti entre eux. Par conséquent, chacune des forces est 2 fois moins de poids cargaison

Dans des situations réelles, le gain de résistance est inférieur à 2 fois, puisque la force de levage est partiellement « gaspillée » sur le poids de la corde et du bloc, ainsi que sur le frottement.

Un bloc en mouvement, tout en donnant presque le double de gain de force, donne une double perte de distance. Pour élever la charge jusqu'à une certaine hauteur h, les cordes de chaque côté du bloc doivent diminuer de cette hauteur, c'est-à-dire que le total est de 2h.

Des combinaisons de blocs fixes et mobiles - poulies - sont généralement utilisées. Ils permettent de gagner en force et en direction. Plus il y a de blocs mobiles dans le palan à chaîne, plus le gain de résistance est important.

4.1. Éléments statiques

4.1.7. Quelques mécanismes simples : les blocs

Les dispositifs conçus pour déplacer (élever, abaisser) des charges à l'aide d'une roue et d'un fil lancé à travers celle-ci, auquel une certaine force est appliquée, sont appelés blocs. Il existe des blocs fixes et mobiles.

Les blocs sont conçus pour déplacer une charge pesant P → à l'aide d'une force F → appliquée à une corde lancée sur une roue.

Pour tous types de blocs(stationnaire et mobile) la condition d’équilibre est satisfaite :

d 1 F = d 2 P,

où d 1 est l'épaule de la force F → appliquée à la corde ; d 2 - bras de force P → (le poids de la charge déplacée à l'aide de ce bloc).

DANS bloc fixe(Fig. 4.8) les bras des forces F → et P → sont identiques et égaux au rayon du bloc :

ré 1 = ré 2 = R,

par conséquent, les modules de force sont égaux les uns aux autres :

F = P.

Riz. 4.8

À l'aide d'un bloc fixe, un corps pesant P → peut être déplacé en appliquant une force F → , dont l'ampleur coïncide avec le poids de la charge.

Dans le bloc mobile (Fig. 4.9), les bras des forces F → et P → sont différents :

d 1 = 2R et d 2 = R,

où d 1 est l'épaule de la force F → appliquée à la corde ; d 2 - bras de force P → (le poids de la charge déplacée à l'aide de ce bloc),

donc les modules de force obéissent à l'égalité :

Riz. 4.9

A l'aide d'un bloc mobile, un corps pesant P → peut être déplacé en appliquant une force F → dont la valeur est la moitié du poids de la charge.

Les blocs permettent de déplacer un corps sur une certaine distance :

• un bloc fixe ne donne pas de gain de résistance ; cela change seulement la direction de la force appliquée ;
• le bloc mobile donne un gain de résistance 2 fois supérieur.

Cependant, les blocs mobiles et fixes ne donne pas de gains travail : le nombre de fois qu’on gagne en force, le nombre de fois qu’on perd en distance (« règle d'or» mécanique).

Exemple 22. Le système se compose de deux blocs en apesanteur : un mobile et un fixe. Une masse de 0,40 kg est suspendue à l'axe du bloc mobile et touche le sol. Une certaine force est appliquée à l'extrémité libre d'une corde lancée sur un bloc fixe, comme le montre la figure. Sous l'influence de cette force, la charge monte du repos jusqu'à une hauteur de 4,0 m en 2,0 s. Trouvez l'ampleur de la force appliquée à la corde.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T ′ − m g = m a ,

une = 2 F − m g m .

Le chemin parcouru par la charge coïncide avec sa hauteur au-dessus de la surface du sol et est lié au temps de son mouvement t par la formule

ou en tenant compte de l'expression du module d'accélération

h = une t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Exprimons la force requise à partir d'ici :

F = m (h t 2 + g 2)

et calculons sa valeur :

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

Exemple 23. Le système se compose de deux blocs en apesanteur : un mobile et un fixe. Une certaine charge est suspendue à l'axe d'un bloc fixe, comme indiqué sur la figure. Sous l'action d'une force constante appliquée à l'extrémité libre de la corde, la charge commence à se déplacer avec une accélération constante et se déplace vers le haut sur une distance de 3,0 m en 2,0 s. Lors du mouvement de la charge, la force appliquée développe une puissance moyenne de 12 W. Trouvez la masse de la charge.

Solution . Les forces agissant sur les blocs mobiles et fixes sont représentées sur la figure.

Deux forces T → agissent sur un bloc immobile du côté de la corde (des deux côtés du bloc) ; Sous l'influence de ces forces, il n'y a pas de mouvement vers l'avant du bloc. Chacune des forces indiquées est égale à la force F → appliquée à l'extrémité de la corde :

Trois forces agissent sur le bloc mobile : deux forces de tension du câble T → ′ (des deux côtés du bloc) et le poids de la charge P → = m g → ; sous l'influence de ces forces, le bloc (ainsi que la charge qui y est suspendue) se déplace vers le haut avec accélération.

Écrivons la deuxième loi de Newton pour le bloc en mouvement sous la forme :

2 T → ′ + P → = m a → ,

ou en projection sur axe de coordonnées, dirigé verticalement vers le haut,

2 T ′ − m g = m a ,

où T ′ est le module de la force de tension du câble ; m est la masse de la charge (la masse du bloc en mouvement avec la charge) ; g - module d'accélération de chute libre ; a est le module d'accélération du bloc (la charge a la même accélération, nous parlerons donc plus loin de l'accélération de la charge).

Le module de la force de tension du câble T ′ est égal au module de force T :

par conséquent, le module d'accélération de la charge est déterminé par l'expression

une = 2 F − m g m .

D'autre part, l'accélération de la charge est déterminée par la formule de la distance parcourue :

où t est l'heure du mouvement de la cargaison.

Égalité

2 F − m g m = 2 S t 2

permet d'obtenir une expression du module de la force appliquée :

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

La charge se déplace uniformément accélérée, donc le module de sa vitesse est déterminé par l'expression

v = à

et la vitesse moyenne est

〈 v 〉 = S t = une t 2 .

Ampleur puissance moyenne, développé par la force appliquée, est déterminé par la formule

〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ,

soit en tenant compte des expressions du module de force et de la vitesse moyenne :

〈 N 〉 = m une (2 S + g t 2) 4 t .

De là, nous exprimons la masse requise :

m = 4 t 〈 N 〉 une (2 S + g t 2) .

Remplaçons l'expression d'accélération (a = 2S /t 2) dans la formule résultante :

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

et faisons le calcul :

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

DANS technologie moderne Pour le transfert de marchandises sur les chantiers de construction et les entreprises, les mécanismes de levage sont largement utilisés, indispensables composants que l'on peut appeler des mécanismes simples. Parmi elles se trouvent les plus anciennes inventions de l’humanité : le bloc et le levier. L'ancien scientifique grec Archimède a facilité le travail de l'homme en lui faisant gagner en force lors de l'utilisation de son invention et lui a appris à changer la direction de la force.

Un bloc est une roue avec une rainure sur sa circonférence pour une corde ou une chaîne, dont l'axe est fixé rigidement à une poutre de mur ou de plafond.

Les appareils de levage utilisent généralement non pas un, mais plusieurs blocs. Un système de blocs et de câbles conçu pour augmenter la capacité de charge est appelé palan à chaîne.

Le bloc mobile et fixe sont les mêmes mécanismes simples et anciens que le levier. Déjà en 212 avant JC, à l'aide de crochets et de grappins reliés à des blocs, les Syracusains capturèrent le matériel de siège des Romains. La construction de véhicules militaires et la défense de la ville étaient dirigées par Archimède.

Archimède considérait un bloc fixe comme un levier à bras égaux.

Le moment de force agissant sur un côté du bloc est égal au moment de force appliqué de l’autre côté du bloc. Les forces qui créent ces moments sont également les mêmes.

Il n'y a pas de gain de force, mais un tel blocage permet de changer la direction de la force, ce qui est parfois nécessaire.

Archimède a pris le bloc mobile comme un levier à bras inégaux, ce qui donne un gain de force de 2 fois. Par rapport au centre de rotation, agissent des moments de forces qui, à l'équilibre, doivent être égaux.

Archimède a étudié les propriétés mécaniques du bloc mobile et l'a appliqué dans la pratique. Selon Athénée, « de nombreuses méthodes ont été inventées pour lancer le gigantesque navire construit par le tyran syracusain Hiéron, mais le mécanicien Archimède, à l'aide de mécanismes simples, a réussi seul à déplacer le navire avec l'aide de quelques personnes. et avec l’aide de celui-ci, nous avons lancé un énorme navire.

Le bloc ne donne aucun gain de travail, confirmant la règle d'or de la mécanique. Ceci est facile à vérifier en faisant attention aux distances parcourues par la main et au poids.

Les voiliers de sport, comme les voiliers du passé, ne peuvent se passer de blocages lors du réglage et du contrôle des voiles. Les navires modernes ont besoin de blocs pour soulever les signaux et les bateaux.

Cette combinaison d'unités mobiles et fixes sur une ligne électrifiée chemin de fer pour régler la tension du fil.

Ce système de blocs peut être utilisé par les pilotes de planeurs pour soulever leurs appareils dans les airs.