Les blocs sont utilisés pour soulever des charges. Le bloc est une roue avec une rainure, montée dans un support. Une corde, un câble ou une chaîne passe dans la goulotte à blocs. immobile ils appellent un tel bloc dont l'axe est fixe et lors du levage de charges, il ne monte ni ne descend (Fig. 1, a, b).

Pas bloc mobile peut être considéré comme un levier à bras égaux dans lequel les bras des forces appliquées sont égaux au rayon de la roue. Par conséquent, il résulte de la règle des moments qu'un bloc stationnaire n'apporte aucun gain de force. Cela permet de changer la direction de la force.

La figure 2, a, b montre bloc mobile(l'axe du bloc monte et descend avec la charge). Un tel bloc tourne autour de l'axe instantané O. La règle du moment pour celui-ci aura la forme

Ainsi, le bloc mobile donne un double gain de solidité.

Habituellement, dans la pratique, une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile est utilisée (Fig. 3). Le bloc fixe est utilisé uniquement pour des raisons de commodité. En changeant la direction de la force, il permet, par exemple, de soulever une charge en se tenant au sol.

Description de l'appareil

Un bloc est un mécanisme simple, qui est une roue avec une rainure autour de sa circonférence pour une corde ou une chaîne, capable de tourner librement autour de son axe. Cependant, la corde renversée branche d'arbre est aussi, dans une certaine mesure, un blocage.

Pourquoi les blocs sont-ils nécessaires ?

Selon leur conception, les poulies peuvent vous permettre de changer la direction de la force appliquée (par exemple, pour soulever une certaine charge suspendue à une corde lancée sur une branche d'arbre, vous devez tirer l'autre extrémité de la corde vers le bas. .. ou sur le côté). En même temps, ce bloc ne donnera pas de gain de force. De tels blocs sont appelés immobile, puisque l'axe de rotation du bloc est rigidement fixé (bien sûr, si la branche ne casse pas). De tels blocs sont utilisés pour plus de commodité. Par exemple, lors du levage d'une charge en hauteur, il est beaucoup plus facile de tirer une corde avec une charge jetée sur un bloc vers le bas , en mettant le poids de votre corps dessus, plutôt que de vous tenir au sommet et de tirer une charge avec une corde vers vous.

De plus, il existe des blocs qui permettent non seulement de changer la direction de la force appliquée, mais apportent également un gain de force. Ce bloc s'appelle mobile et cela fonctionne exactement à l'opposé du bloc mobile.

Afin de gagner en force, vous devez fixer fermement une extrémité de la corde (par exemple, l'attacher à une branche). Ensuite, une roue avec une rainure est installée sur la corde, à laquelle la charge est suspendue (cela doit être fait de manière à ce que la roue avec la charge puisse se déplacer librement le long de notre corde).Maintenant, en tirant l'extrémité libre de la corde vers le haut, nous verrons que le bloc avec la charge a également commencé à monter.

L'effort que nous devrons déployer pour soulever la charge de cette manière sera environ 2 fois inférieur au poids de la charge avec le bloc. Regretter ce type Le bloc ne permet pas de changer la direction de la force sur une large plage, il est donc souvent utilisé conjointement avec un bloc fixe (rigidement fixé).

Description de l'expérience

Tout d'abord, la vidéo démontre le principe de fonctionnement d'un bloc fixe : des charges de masse égale sont suspendues à un bloc rigidement fixé, tandis que le bloc est en équilibre. Mais dès que vous suspendez un poids supplémentaire, l'avantage commence immédiatement à augmenter.

Ensuite, à l'aide d'un système de blocs mobiles et fixes, nous essayons d'atteindre un état d'équilibre en sélectionnant le nombre optimal de poids suspendus des deux côtés. De ce fait, le bloc est équilibré lorsque le nombre de poids suspendus au bloc mobile devient deux fois plus grand que les poids suspendus à l'extrémité libre du fil.

Ainsi nous pouvons conclure que le bloc mobile donne un double gain de solidité.

C'est intéressant

Saviez-vous que les blocs mobiles et fixes sont largement utilisés dans les mécanismes de transmission des voitures ? De plus, les blocs sont utilisés par les constructeurs pour soulever des charges grandes et petites (ou eux-mêmes. Par exemple, lors de la réparation des façades extérieures des bâtiments, les constructeurs travaillent souvent dans un berceau, qui peut se déplacer entre les étages. Une fois les travaux terminés au sol, les travailleurs peuvent rapidement déplacer le berceau d'un étage plus haut, en utilisant uniquement propre force). Les blocs sont devenus si répandus en raison de la facilité de leur assemblage et de la facilité de travailler avec eux.

Pour l’instant, nous supposerons que la masse du bloc et du câble, ainsi que le frottement dans le bloc, peuvent être négligés. Dans ce cas, on peut considérer que la force de tension du câble est la même dans toutes ses parties. De plus, nous supposerons que le câble est inextensible et que sa masse est négligeable.

Bloc fixe

Un bloc fixe est utilisé pour changer la direction d’une force. Sur la fig. 24.1, et montre comment utiliser un bloc stationnaire pour changer la direction de la force dans le sens opposé. Cependant, avec son aide, vous pouvez changer la direction de la force à votre guise.

Dessinez un schéma de l’utilisation d’un bloc fixe qui peut être utilisé pour faire pivoter la direction d’une force de 90°.

Un bloc stationnaire apporte-t-il un gain de solidité ? Regardons cela à l'aide de l'exemple présenté sur la figure. 24.1, une. Le câble est tendu par la force appliquée par le pêcheur sur l'extrémité libre du câble. La force de tension du câble reste constante le long du câble, donc du côté du câble, une force de même ampleur agit sur la charge (poisson). Un bloc fixe n’apporte donc pas de gain de résistance.

Lors de l'utilisation d'un bloc fixe, la charge augmente d'autant que l'extrémité du câble sur laquelle le pêcheur applique une force est abaissée. Cela signifie qu'en utilisant un bloc stationnaire, nous ne gagnons ni ne perdons en cours de route.

Bloc mobile

Mettons l'expérience

Lors du levage d'une charge à l'aide d'un bloc mobile léger, nous remarquerons que si le frottement est faible, alors pour soulever la charge, nous devons appliquer une force qui est environ 2 fois moins de poids cargaison (Fig. 24.3). Ainsi, le bloc mobile donne un gain de solidité 2 fois supérieur.

Riz. 24.3. Lorsqu'on utilise un bloc en mouvement, on gagne 2 fois en force, mais on perd le même nombre de fois en chemin

Cependant, pour un double gain de résistance, il faut payer la même perte en cours de route : pour soulever la charge, par exemple, de 1 m, il faut surélever de 2 m l'extrémité du câble jeté sur le bloc.

Le fait qu'un bloc en mouvement donne un double gain de force peut être prouvé sans recourir à l'expérience (voir la section ci-dessous « Pourquoi un bloc en mouvement donne-t-il un double gain de force ? »).

Bloc est un dispositif en forme de roue avec une rainure à travers laquelle passe une corde, un câble ou une chaîne. Il existe deux principaux types de blocs : mobiles et fixes. Pour un bloc fixe, l'axe est fixe et ne monte ni ne descend lors du levage de charges (Fig. 54), tandis que pour un bloc mobile, l'axe se déplace avec la charge (Fig. 55).

Un bloc stationnaire n'apporte pas de gain de résistance. Il est utilisé pour changer la direction d’une force. Ainsi, par exemple, en appliquant une force vers le bas sur une corde lancée sur un tel bloc, on force la charge à monter vers le haut (voir Fig. 54). La situation est différente avec un bloc en mouvement. Ce bloc permet à une petite force d’équilibrer une force 2 fois supérieure. Pour le prouver, regardons la figure 56. En appliquant la force F, on s'efforce de faire tourner le bloc autour d'un axe passant par le point O. Le moment de cette force est égal au produit Fl, où l est le bras de la force F, égal au diamètre du bloc OB. Dans le même temps, une charge attachée au bloc avec son poids P crée un moment égal à, où le bras de la force P est égal au rayon du bloc OA. D'après la règle des moments (21.2)

Q.E.D.

De la formule (22.2), il résulte que P/F = 2. Cela signifie que le gain de puissance obtenu grâce au bloc mobile est égal à 2. L'expérience représentée à la figure 57 confirme cette conclusion.

En pratique, une combinaison d'un bloc mobile et d'un bloc fixe est souvent utilisée (Fig. 58). Cela vous permet de changer la direction de l'impact de la force avec un double gain de force simultané.

Pour obtenir un plus grand gain de force, un mécanisme de levage appelé palan à chaîne. Le mot grec « poulie » est formé de deux racines : « poly » - beaucoup et « spao » - tirer, donc en général, il s'avère être « beaucoup de traction ».

La poulie est une combinaison de deux cages dont l'une est constituée de trois blocs fixes et l'autre de trois blocs mobiles (Fig. 59). Puisque chacun des blocs mobiles double la force de traction, la poulie donne en général un gain de force six fois supérieur.

1. Quels sont les deux types de blocs que vous connaissez ? 2. Quelle est la différence entre un bloc mobile et un bloc fixe ? 3. Dans quel but un bloc fixe est-il utilisé ? 4. A quoi sert le bloc mobile ? 5. Qu'est-ce qu'un palan à chaîne ? Quel gain de force apporte-t-il ?

Les blocs sont classés comme des mécanismes simples. En plus des blocs, le groupe de ces dispositifs qui servent à convertir la force comprend un levier et un plan incliné.

DÉFINITION

Bloc - solide, qui a la capacité de tourner autour d’un axe fixe.

Les blocs sont réalisés sous forme de disques (roues, cylindres bas, etc.) comportant une rainure dans laquelle passe une corde (torse, corde, chaîne).

Un bloc à axe fixe est dit stationnaire (Fig. 1). Il ne bouge pas lors du levage d'une charge. Un bloc fixe peut être considéré comme un levier à bras égaux.

La condition d'équilibre d'un bloc est la condition d'équilibre des moments de forces qui lui sont appliqués :

Le bloc de la figure 1 sera en équilibre si les forces de tension des fils sont égales :

puisque les épaules de ces forces sont les mêmes (OA=OB). Un bloc stationnaire n'apporte pas de gain de force, mais il permet de changer la direction de la force. Tirer sur une corde qui vient d’en haut est souvent plus pratique que sur une corde qui vient d’en bas.

Si la masse d'une charge attachée à une extrémité d'une corde lancée sur un bloc fixe est égale à m, alors pour la soulever, il faut appliquer une force F à l'autre extrémité de la corde égale à :

à condition de ne pas prendre en compte la force de frottement dans le bloc. S'il faut prendre en compte les frottements dans le bloc, alors saisir le coefficient de résistance (k), puis :

Un support lisse et fixe peut remplacer le bloc. Une corde (corde) est lancée sur un tel support, qui glisse le long du support, mais en même temps la force de frottement augmente.

Un bloc stationnaire ne donne aucun gain de travail. Les chemins parcourus par les points d'application des forces sont les mêmes, égaux à la force, donc égaux au travail.

Afin de gagner en force en utilisant des blocs fixes, une combinaison de blocs est utilisée, par exemple un bloc double. Quand les blocs doivent avoir différents diamètres. Ils sont reliés immobiles les uns aux autres et montés sur un seul axe. Une corde est attachée à chaque bloc afin qu'elle puisse s'enrouler autour ou hors du bloc sans glisser. Dans ce cas, les épaules des forces seront inégales. La double poulie agit comme un levier avec des bras de différentes longueurs. La figure 2 montre un schéma d'un bloc double.

La condition d'équilibre pour le levier de la figure 2 sera la formule :

Le double bloc peut convertir la force. En appliquant une force plus petite à une corde enroulée autour d'un bloc de grand rayon, on obtient une force qui agit du côté d'une corde enroulée autour d'un bloc de rayon plus petit.

Un bloc mobile est un bloc dont l'axe se déplace avec la charge. Sur la fig. En référence à la figure 2, le bloc mobile peut être considéré comme un levier avec des bras de tailles différentes. Dans ce cas, le point O est le point d’appui du levier. OA - arme de force ; OB - bras de force. Regardons la fig. 3. Le bras de force est deux fois plus grand que le bras de force, par conséquent, pour l'équilibre, il est nécessaire que la grandeur de la force F soit la moitié de la grandeur de la force P :

Nous pouvons conclure qu'avec l'aide d'un bloc mobile, nous obtenons un double gain de force. On écrit la condition d’équilibre du bloc mobile sans prendre en compte la force de frottement comme :

Si nous essayons de prendre en compte la force de frottement dans le bloc, alors nous saisissons le coefficient de résistance du bloc (k) et obtenons :

Parfois, une combinaison d’un bloc mobile et d’un bloc fixe est utilisée. Dans cette combinaison, un bloc fixe est utilisé pour plus de commodité. Il n'apporte pas de gain de force, mais permet de changer la direction de la force. Un bloc mobile est utilisé pour modifier la quantité de force appliquée. Si les extrémités de la corde entourant le bloc font des angles égaux avec l'horizon, alors le rapport de la force agissant sur la charge au poids du corps est égal au rapport du rayon du bloc à la corde de l'arc qui la corde enferme. Si les cordes sont parallèles, la force nécessaire pour soulever la charge sera deux fois inférieure au poids de la charge soulevée.

La règle d'or de la mécanique

Mécanismes simples il n'y a aucun gain dans le travail. Autant nous gagnons en force, autant nous perdons en distance. Étant donné que le travail est égal au produit scalaire de la force et du déplacement, il ne changera pas lors de l'utilisation de blocs mobiles (ainsi que fixes).

Sous forme de formule, la « règle d’or » peut s’écrire ainsi :

où est le chemin parcouru par le point d'application de la force - le chemin traversable par point application de la force.

Règle d'or est la formulation la plus simple de la loi de conservation de l’énergie. Cette règle s'applique aux cas de mouvement uniforme ou quasi uniforme des mécanismes. Les distances de translation des extrémités des câbles sont liées aux rayons des blocs ( et ) comme suit :

On obtient que pour remplir la « règle d’or » d’un double bloc il faut que :

Si les forces sont équilibrées, alors le bloc est au repos ou se déplace uniformément.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2