Le terme "bloc" signifie certains dispositif mécanique, qui est un rouleau qui est monté sur un axe perpendiculaire.Ce rouleau ou peut se déplacer librement, ou au contraire - est fixé de manière rigide. Simplifiez la définition: si l’axe de rotation du rouleau se déplace dans l’espace, le bloc est mobile. Sur le rouleau se trouve une rainure dans laquelle une corde ou un câble est inséré. L'image ci-dessous montre l'apparence du bloc.

Si le rouleau est fixé, par exemple, au plafond, il s'agit d'un bloc fixe. Si le rouleau se déplace avec la charge, il s’agit d’une unité mobile. De manière générale, la seule différence est la suivante.

L'utilisation d'une unité mobile signifie un gain de force lors du levage ou du déplacement de marchandises ou de corps. Le bloc fixe ne donne pas de gain, cependant, il simplifie souvent considérablement le mouvement du corps et est utilisé dans les systèmes en conjonction avec le bloc en mouvement.

L'utilisation de blocs mobiles et fixes

Le système de bloc est omniprésent. Il s’agit de grues et de divers dispositifs permettant de déplacer des marchandises dans le garage et même de conduire des courroies dans une voiture moderne. Un bloc est souvent utilisé même sans comprendre clairement qu'il s'agit du même mécanisme.

Vous avez sûrement rencontré sur des chantiers des roues mobiles fixées aux étages supérieurs d'une maison en construction. Une corde ou une chaîne est projetée sur cette roue et le travailleur, fixant un seau au premier étage, le soulève à l'étage supérieur en déplaçant la corde. Ceci est un exemple simple d'utilisation d'un bloc fixe. Si vous ajoutez une roue de plus au panier, vous obtenez un système de blocs - en mouvement et immobile.

Un autre exemple plus rare d'utilisation d'un bloc fixe. Lorsqu'une personne sort une voiture de la boue, elle enroule une corde de remorquage autour d'un tronc d'arbre. Ceci est fait pour plus de commodité, car le treuil de remorquage s'accroche facilement à la petite extrémité du câble enroulé autour du coffre. Un tel bloc n'apporte aucun gain, 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.

Le dispositif le plus célèbre qui fonctionne sur le principe des blocs est un palan à chaîne. Il est activement utilisé dans les mécanismes de levage. Le système de blocage réduit la puissance et le travail global est réduit de 4 à 8 fois.

Résoudre les problèmes de déplacement et de blocage des blocs

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

La clé pour résoudre  Ces tâches résident dans la capacité à comprendre l'interaction de ces dispositifs. Chaque bloc est calculé séparément, puis ajouté à la formule générale. La formule de calcul pour l'ensemble de la tâche est compilée selon le schéma que l'étudiant a dessiné en lisant la condition.

Pour une meilleure compréhension de ces tâches, rappelez-vous que le bloc est une sorte de levier. La force gagnée donne une perte de distance (dans le cas d'un bloc en mouvement).

La formule de calcul est très simple.

Pour unité fixe  F \u003d fmg, où F est la force, f le coefficient de résistance du bloc, m la masse de la charge, g la constante de gravitation. En d'autres termes, F est la force à appliquer pour soulever, par exemple, une boîte du sol à l'aide d'un bloc fixe. Comme vous pouvez le constater, la dépendance est directe et il n’ya pas de coefficient.

Pour unité mobile  nous avons une double victoire au pouvoir. La formule de calcul est F \u003d 0.5fmg, où les désignations des lettres sont similaires à la formule ci-dessus. En conséquence, lorsqu’on utilise un bloc mobile, un tel boîtier de masse m sera soulevé deux fois plus facilement avec le bloc que d’utiliser uniquement son propre dos.

Veuillez noter que coefficient de traînée  - c'est la réaction qui se produit dans le bloc lorsque vous déplacez la corde le long de celui-ci. Généralement, ces valeurs sont données dans la condition du problème ou sont des quantités tabulaires. Parfois, dans les problèmes scolaires, ces coefficients sont complètement omis et ne sont pas pris en compte.

De plus, n'oubliez pas que si la force est appliquée à un angle, vous devez utiliser la méthode standard de calcul du triangle des forces. Si la tâche indique qu'une personne tire une charge sur une corde située à 30 degrés à l'horizon, cela doit certainement être pris en compte et indiqué sur le schéma de conception.

Un bloc est constitué d'une ou plusieurs roues (rouleaux), enveloppées d'une chaîne, d'une courroie ou d'un câble. Tout comme un levier, l’appareil réduit la force requise pour soulever la charge, mais il peut en outre changer le sens de la force appliquée.

Vous devez payer la distance pour le gain de force: moins l'effort requis pour soulever la charge est grand, plus le chemin d'application du chemin d'application de cet effort doit être grand. Le système de bloc augmente le gain de force grâce à l’utilisation d’un plus grand nombre de chaînes porteuses. Ces dispositifs économes en énergie ont un très large éventail d'applications - du déplacement à la hauteur de poutres en acier massives sur les chantiers de construction à la levée des drapeaux.

Comme avec d'autres mécanismes simples, les inventeurs du bloc sont inconnus. Bien qu'il soit possible que les blocs aient existé auparavant, la première mention de ceux-ci dans la littérature remonte au Ve siècle av. J.-C. et est associée à l'utilisation de blocs par les Grecs anciens sur des navires et dans des théâtres.

Systèmes de blocs mobiles montés sur un rail de suspension (figure ci-dessus)  largement distribué sur les chaînes de montage, car il facilite grandement le déplacement des pièces lourdes. La force appliquée (F) est égale au quotient de la division du poids de la charge (W) par le nombre de chaînes utilisées le supportant (n).

Blocs fixes simples

Ce type de bloc le plus simple ne réduit pas la force requise pour soulever la charge, mais il modifie le sens de la force appliquée, comme indiqué sur les figures ci-dessus et à droite. Bloc fixe  sur le dessus du mât, il est plus facile de lever le drapeau, ce qui vous permet de tirer le cordon auquel le drapeau est attaché.

Un seul bloc en mouvement

Une seule unité, capable de se déplacer, réduit de moitié la force nécessaire pour soulever la charge. Cependant, une réduction de moitié de la force appliquée signifie que le point d'application doit aller deux fois plus longtemps. Dans ce cas, la force est égale à la moitié du poids (F \u003d 1 / 2W).

Systèmes de bloc

Lorsque vous utilisez une combinaison d'unité fixe et d'une unité 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 \u003d 1 / 2W).

Fret, suspendu verticalement à travers l’unité, permet de tirer fermement les fils électriques horizontaux.

Ascenseur aérien (Figure ci-dessus) consiste en une chaîne entrelacée autour d’un bloc mobile et de deux blocs fixes. Le levage d'une charge nécessite une force représentant seulement la moitié de son poids.

Polyspast, couramment utilisé dans les grandes grues (figure à droite), consiste en un ensemble de blocs mobiles auxquels la charge est suspendue et un ensemble de blocs fixes fixés à la flèche de la grue. Bénéficiant d'un gain de force de tant de blocs, la grue peut soulever des charges très lourdes, par exemple des poutres en acier. Dans ce cas, la force (F) est égale au quotient de la division du poids de la charge (W) par le nombre de câbles porteurs (n).

Le plus souvent, des mécanismes simples sont utilisés pour gagner de la force. Autrement dit, avec moins de force, déplacez plus de poids en comparaison. De plus, le gain en force n'est pas réalisé «gratuitement». Le retour sur investissement est la perte de distance, c’est-à-dire que vous devez faire plus de mouvement que sans utiliser un mécanisme simple. Cependant, lorsque les forces sont limitées, l’échange de distance entre forces est bénéfique.

Les blocs mobiles et fixes font partie des types de mécanismes simples. En outre, ils constituent un levier modifié, qui est également un mécanisme simple.

Bloc fixe  ne donne pas un gain de force, il change simplement le sens de son application. Imaginez que vous ayez besoin de soulever une lourde charge sur la corde. Vous devrez le retirer. 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, car la force nécessaire sera constituée par la force musculaire et votre poids. Sans l'utilisation d'un bloc fixe, il serait nécessaire d'appliquer la même force, mais ce serait uniquement grâce à la force musculaire.

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

Comme il n'y a pas de gain de force, il n'y a pas de perte de distance. La distance à laquelle la charge monte, la corde doit être abaissée de la même distance.

Utiliser bloc roulant  donne un gain en force deux fois (idéalement). Cela signifie que si le poids de la charge est F, pour le soulever, vous devez appliquer la force F / 2. L'unité mobile est constituée de la même roue avec une rainure de câble. Cependant, une extrémité du câble est fixée ici et la roue est mobile. La roue se déplace avec la charge.

Le poids de la charge est la force descendante. Il est équilibré par deux forces dirigées vers le haut. L'un est créé par le support auquel le câble est attaché, l'autre par le 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 que le poids de la cargaison.

Dans des situations réelles, le gain en force est inférieur à 2 fois, car la force de levage est partiellement "utilisée" pour le poids de la corde et du bloc, ainsi que pour le frottement.

L'unité mobile, donnant presque le double d'un gain de force, donne une double perte de distance. Pour lever la charge à une certaine hauteur h, il est nécessaire que les cordes de chaque côté du bloc diminuent de cette hauteur, c'est-à-dire que 2h au total soient obtenues.

Utilisez généralement des combinaisons de blocs fixes et mobiles - agrès. Ils vous permettent de gagner en force et en direction. Plus le palan est mobile, plus le gain de force est important.

4.1. Éléments statiques

4.1.7. Quelques mécanismes simples: les blocs

Les dispositifs conçus pour déplacer (soulever, abaisser) une cargaison à l'aide de la roue et du fil jeté par dessus, sur lequel une certaine force est appliquée, sont appelés des blocs. Distinguer entre les blocs fixes et mobiles.

Les cales sont conçues pour déplacer une cargaison pesant P → c en utilisant la force F → appliquée au câble jeté sur la roue.

Pour tous types de blocs  (immobile et mobile) la condition d'équilibre est remplie:

d 1 F \u003d d 2 P,

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

Dans bloc fixe  (Fig. 4.8) Les épaules des forces F → et P → sont identiques et égales au rayon du bloc:

d 1 \u003d d 2 \u003d R,

par conséquent, les modules de forces sont égaux:

F \u003d P.

Fig. 4.8

En utilisant un bloc fixe, un corps de poids P → peut être déplacé en appliquant une force F → dont la valeur coïncide avec la valeur du poids de la charge.

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

d 1 \u003d 2R et d 2 \u003d R,

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

par conséquent, les modules des forces obéissent à l'égalité:

Fig. 4.9

En utilisant une unité mobile, un corps de poids P → peut être déplacé en appliquant une force F → dont la valeur correspond à la moitié du poids de la charge.

Les blocs vous permettent de déplacer le corps d'une certaine distance:

• un bloc fixe ne donne pas de gain de force; cela ne fait que changer la direction de la force appliquée;
• l'unité mobile donne un gain en force de 2 fois.

Cependant, les blocs fixes et mobiles ne donne pas de gain en travail: combien de fois nous gagnons en force, tant de fois nous perdons en distance (la «règle d'or» de la mécanique).

Exemple 22. Un système est constitué de deux blocs d'apesanteur: l'un mobile et l'autre immobile. Une cargaison pesant 0,40 kg est suspendue à l'axe du bloc en mouvement et touche le sol. Une certaine force est appliquée à l'extrémité libre de la corde lancée sur le bloc fixe, comme indiqué sur la figure. Sous l'influence de cette force, la charge passe d'un état de repos à une hauteur de 4,0 m en 2,0 s. Trouvez le module de force appliqué à la corde.

2 T → ′ + P → \u003d ma →,

2 T ′ - m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Le trajet couvert par la charge coïncide avec sa hauteur au-dessus de la surface du sol et est lié au temps de son déplacement t par la formule

ou en tenant compte de l'expression pour le module d'accélération

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

Nous exprimons la force désirée d'ici:

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

et calculer sa valeur:

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

Exemple 23. Un système est constitué de deux blocs d'apesanteur: l'un mobile et l'autre immobile. Une partie de la charge est suspendue à l'axe de l'unité 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 monte vers le haut à une distance de 3,0 m en 2,0 s. Pendant le mouvement de la charge, la force appliquée développe une puissance moyenne de 12 watts. Trouvez la masse de la cargaison.

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

Deux forces T → agissent sur le bloc fixe du côté de la corde (des deux côtés du bloc); sous l'influence de ces forces, le mouvement de translation du bloc est absent. Chacune de ces forces est égale à la force F → appliquée au bout 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 → \u003d m g →; Sous l'action des forces indiquées, le bloc (ainsi que la charge qui en est suspendue) monte avec accélération.

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

2 T → ′ + P → \u003d ma →,

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

2 T ′ - m g \u003d m a,

où T 'est le module de la force de tension du câble; m est la masse de la charge (masse de l'unité mobile avec la charge); g est le module d'accélération en chute libre; a - module d'accélération unitaire (la charge a la même accélération, nous allons donc parler de l'accélération de la charge).

Le module 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

a \u003d 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 le moment du mouvement de la cargaison.

Égalité

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

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

F \u003d m (S t 2 + g 2).

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

v \u003d at

et la vitesse moyenne est

V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

La valeur de la puissance moyenne développée par la force appliquée est déterminée par la formule

N〉 \u003d F 〈v〉,

ou en tenant compte des expressions pour le module de force et la vitesse moyenne:

N〉 \u003d ma (2 S + g t 2) 4 t.

De là, nous exprimons la masse désirée:

m \u003d 4 t 〈N〉 a (2 S + g t 2).

Nous substituons l'expression d'accélération dans la formule obtenue (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〈N〉 S (2 S + g t 2)

et calculer:

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

Dans la technologie moderne, les mécanismes de soulèvement de charge sont largement utilisés pour le transfert de marchandises sur les chantiers de construction et les entreprises, dont les composants indispensables sont des mécanismes simples. Parmi celles-ci figurent les plus anciennes inventions de l'humanité: le blocage et le levier. L'ancien scientifique grec Archimède a facilité le travail de l'homme en lui donnant un gain de force lors de l'utilisation de son invention et en lui apprenant à changer le sens de la force.

Un bloc est une roue avec une rainure entourant un cercle pour une corde ou une chaîne dont l’axe est rigidement attaché à un mur ou à une poutre de plafond.

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

Le bloc mobile et fixe sont les mêmes anciens mécanismes simples que le levier. Déjà en 212 av. J.-C., à l'aide de crochets et de poignées reliés aux blocs, les Syracusains s'emparèrent des armes de siège des Romains. La construction de véhicules militaires et la défense de la ville étaient dirigées par Archimède.

Bloc fixe Archimède considéré comme un bras égal.

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

Il n’ya aucun gain en force, mais un tel bloc permet de changer le sens de la force, ce qui est parfois nécessaire.

Archimède a pris le bloc mobile comme un levier inégal donnant un gain de force de 2 fois. Par rapport au centre de rotation, il y a des moments de forces qui doivent être égaux à l'équilibre.

Archimède a étudié les propriétés mécaniques du bloc mobile et l'a mis en pratique. Selon Athénée, "de nombreuses méthodes ont été imaginées pour mettre à l'eau un gigantesque navire construit par le tyran de Syracuse, Hieron, mais le mécanicien Archimedes, utilisant des mécanismes simples, a réussi à déplacer le navire avec l'aide de quelques personnes. Archimède a inventé un bloc et y a lancé un énorme navire" .

Le bloc ne donne pas de gain de travail, confirmant la règle d'or de la mécanique. Ceci peut être facilement vérifié en prêtant attention aux distances parcourues à la main et au poids.

Les voiliers sportifs, comme les voiliers du passé, ne peuvent se passer de bloc lors de la pose et de la gestion des voiles. Les navires modernes ont besoin de blocs pour émettre des signaux, des bateaux.

Cette combinaison de blocs fixes et mobiles sur une ligne de chemin de fer électrifiée permet d’ajuster la tension des câbles.

Un tel système de cales peut être utilisé par les planeurs pour lever leurs véhicules en l'air.