Description bibliographique:   Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Une vision moderne du mécanisme simple du «bloc» étudié dans les manuels de physique pour la 7e année // Young Scientist. - 2016. - N ° 2. - Art. 106-113. 07.07.2019).

  Les manuels de physique destinés à la 7e année lorsqu’on étudie un mécanisme de bloc simple interprètent différemment le force pour soulever une cargaison avec en utilisant ce mécanisme, par exemple: dans manuel Pyoryshkina A. B. gains en la force est obtenue avec en utilisant la roue du bloc sur laquelle agissent les forces du levier, et dans le manuel Gendenstein L. E. Le même gain est obtenu avec en utilisant un câble sur lequel agit la force de tension du câble. Différents manuels, différentes matières et différentes forces - recevoir une victoire en force pour soulever une charge. Par conséquent, le but de cet article est de rechercher des objets et des forces avec par lequel le gain en force lorsque vous soulevez la charge avec un simple mécanisme de blocage.

Mots-clés:

Premièrement, nous allons nous familiariser et comparer le gain de force obtenu en soulevant une charge avec un simple mécanisme de blocage dans les manuels de physique pour la 7e année. Pour cela, nous allons placer des extraits de manuels avec les mêmes concepts pour plus de clarté.

Pour résumer la familiarisation et la comparaison des textes et des figures dans les manuels scolaires:

Preuve de la force acquise dans le manuel A. La Poryshkina est exécutée sur la roue à blocs et la force qui agit correspond à la force du levier. lors du levage d'une charge, le bloc fixe ne donne pas de gain de force et le bloc en mouvement donne un gain de force de 2 fois. Il n'y a aucune mention du câble sur lequel la charge est suspendue à l'unité fixe et de l'unité mobile à la charge.

D'autre part, dans le manuel de L. E. Gendenshtein, la preuve du gain de résistance est réalisée sur un câble sur lequel une charge ou une unité mobile avec une charge est suspendue et la force qui agit est la force de tension du câble; lors du levage d'une charge, un bloc fixe peut donner un gain de puissance deux fois supérieur, mais il n'y a aucune mention d'un levier sur la roue de bloc.

La recherche de littérature avec une description du gain de puissance dans les blocs et les câbles a conduit au «Manuel élémentaire de physique» édité par l’académicien G. S. Landsberg, au §84. Les machines simples, pages 168-175, décrivent: "un bloc simple, un bloc double, un portail, un bloc poulie et un bloc différentiel". En effet, dans sa conception, "le double bloc procure un gain de résistance lors du levage de la charge, du fait de la différence de longueur des rayons des blocs", avec lequel la charge est levée, et "le palan à chaîne donne le gain en force lors du levage de la charge, du fait du , sur plusieurs parties auxquelles une charge est suspendue. ” Ainsi, il était possible de comprendre pourquoi le gain de résistance est obtenu lors du levage de la charge, séparément du bloc et du câble (corde), mais il n'a pas été possible de déterminer comment le bloc et le câble interagissent et de transférer le poids de la cargaison entre eux, car la charge peut être suspendue à un câble , et le câble est projeté sur le bloc ou la charge peut être suspendue au bloc et le bloc est suspendu au câble. Il s'est avéré que la force de tension du câble est constante et agit sur toute la longueur du câble; le transfert du poids de la cargaison par le câble au bloc se fera donc à chaque point de contact entre le câble et le bloc, ainsi que le transfert du poids de la charge suspendue au bloc. Afin de clarifier l'interaction de l'unité avec le câble, nous allons mener des expériences sur le gain de puissance dans l'unité mobile, lors du levage de la charge, à l'aide des équipements du cabinet de physique de l'école: dynamomètres, blocs de laboratoire et un ensemble de charges en 1N (102 g). Nous commençons les expériences avec l’unité mobile, car nous avons trois versions différentes de pouvoir gagner en puissance dans cette unité. La première version est “Fig. 180. Une unité mobile comme levier avec des épaules inégales »- Manuel de A. Poryshkina, deuxième« Fig. 24.5 ... deux forces de tension de câble identiques F »- selon le manuel de L. Hendenstein et enfin le troisième« Fig. 145. Polyspast » . Soulever une charge avec une cage mobile d'un palan à chaîne sur plusieurs parties d'un câble - selon le manuel de G. Landsberg G.

Expérience n ° 1. "Fig. 183"

Pour effectuer l'expérience n ° 1, gagnez en force sur le bloc mobile avec un «levier à bras inégaux de l'OAB fig.180» selon le manuel A. Peryshkina, sur le bloc mobile «Fig. 183» en position 1, tirez un levier à épaulements inégaux de l'OAV, comme sur «Fig. 180», et commencez à soulever la charge de la position 1 à la position 2. À cet instant, l'unité commence à tourner dans le sens antihoraire autour de son axe au point A et au point B - l'extrémité du levier au-delà de laquelle l'élévateur va au-delà du demi-cercle, le long duquel le câble d’en-dessous s’enroule autour du bloc mobile. Point O - le point d'appui du levier, qui doit être fixe, descend, voir "Fig. 183" - position 2, c'est-à-dire que le levier avec des épaules inégales OAB change comme un levier avec des épaules égales (les mêmes chemins passent par les points O et B).

Sur la base des données obtenues lors de l'expérience n ° 1 sur les changements de position du levier OAB sur le bloc mobile lors du levage de marchandises de la position 1 à la position 2, nous pouvons conclure que la représentation du bloc mobile en tant que levier à épaules inégales dans "Fig. 180", lors du levage La charge, avec la rotation du bloc autour de son axe, correspond à un levier aux épaules égales, qui ne procure pas de gain de force lors du levage de la charge.

Nous commençons l'expérience n ° 2 en fixant les dynamomètres aux extrémités du câble, sur lesquels nous accrocherons une unité mobile d'un poids de 102 g, ce qui correspond à une gravité de 1 N. L'une des extrémités du câble sera fixée à la suspension et nous soulèverons la charge sur l'unité mobile à l'autre extrémité du câble. Avant le levage, les lectures des deux dynamomètres à 0,5 N, au début du levage des lectures du dynamomètre, au cours desquelles le levage a eu lieu, sont passées à 0,6 N et le sont restées pendant le levage, à la fin du levage, les lectures sont revenues à 0,5 N. pour une suspension fixe n'a pas changé pendant l'ascension et est resté égal à 0,5 N. Analysons les résultats de l'expérience:

1. Avant le levage, lorsqu'une charge de 1 N (102 g) est suspendue à un bloc mobile, le poids de la charge est réparti sur toute la roue et transféré au câble, qui entoure le bloc par le bas, avec le demi-cercle complet de la roue.
2. Avant de lever les lectures des deux dynamomètres à 0,5 N, ce qui indique la répartition du poids de la charge de 1 N (102 g) dans deux parties du câble (avant et après le bloc) ou que la force de traction du câble est de 0,5 N, et sur toute la longueur du câble (qui au début est identique à l'extrémité du câble), ces deux affirmations sont vraies.

Comparons l’analyse de l’expérience n ° 2 avec les versions de manuels qui gagnent en force deux fois avec un bloc en mouvement. Commençons par l'énoncé du manuel de Gendenstein L.E: «... trois forces sont appliquées au bloc: le poids de la charge P dirigé vers le bas et deux forces de tension de câble identiques dirigées vers le haut (Fig. 24.5)." L’affirmation que le poids de la cargaison dans “Fig. 14.5 ”était répartie dans deux parties du câble, avant et après le bloc, car la force de tension du câble est de un. Il reste à analyser la signature pour “Fig. 181” du manuel de A. V. Poryshkin “Combinaison de blocs fixes et mobiles - poulie”. Une description de l'appareil et du gain de puissance, lors du levage de la charge, à l'aide d'un palan à chaîne, est donnée dans le manuel de physique élémentaire, éd. Lansberg G. S. où il est dit: "Chaque morceau de corde entre les blocs agira sur une charge en mouvement avec une force T, et tous les morceaux de la corde agira avec une force nT, où n est le nombre de sections séparées de la corde reliant les deux parties du bloc." Il s'avère que si nous appliquons le gain de résistance à la "Figure 181" par la "corde reliant les deux parties" du bloc de chaîne du manuel de physique élémentaire de G.S. Landsberg, la description du gain de force du bloc mobile dans "Fig. 179 et, respectivement, Fig. 180 ”est une erreur.

Après avoir analysé quatre manuels de physique, nous pouvons conclure que la description existante du gain de puissance par un mécanisme de bloc simple ne correspond pas à la situation réelle et nécessite donc une nouvelle description du fonctionnement d’un mécanisme de bloc simple.

Engin de levage simple   se compose d'un bloc et d'une corde (corde ou chaîne).

Les blocs de ce mécanisme de levage sont divisés en:

par conception simple et complexe;

par la méthode de levage de la charge en mouvement et à l'arrêt.

Familiarité avec la conception des blocs va commencer par bloc simple, qui est une roue qui tourne autour de son axe, avec une rainure autour du pourtour du câble (corde, chaîne) Fig. 1 et peut être considéré comme un bras égal, dans lequel les épaules d'efforts sont égales au rayon de la roue: ОА \u003d ОВ \u003d r. Une telle unité ne donne pas de gain de force, mais vous permet de changer le sens de déplacement du câble (corde, chaîne).

Double bloc   se compose de deux blocs de rayons différents, fixés rigidement l'un à l'autre et montés sur l'axe commun de la figure 2. Les rayons des blocs r1 et r2 sont différents et, lors de la levée de la charge, agissent comme un levier avec des épaulements inégaux et le gain en force sera égal au rapport des longueurs des rayons du bloc de plus grand diamètre au bloc de plus petit diamètre F \u003d P · r1 / r2.

Passerelle consiste en un cylindre (tambour) et une poignée attachée à celui-ci, qui agit comme un bloc de grand diamètre.Le gain en force donné par le collier est déterminé par le rapport du rayon du cercle R décrit par la poignée au rayon du cylindre r sur lequel la corde est enroulée F \u003d P / r / R.

Passons maintenant à la méthode de levage de charges en blocs. Dans la description de conception, tous les blocs ont un axe autour duquel ils tournent. Si l’axe du bloc est fixe et que, lorsqu’on soulève des marchandises, il ne s’agit ni de monter ni de descendre, on parle alors bloc fixebloc simple, double bloc, portail.

À bloc roulantl'axe monte et descend avec la charge de la figure 10 et il est principalement destiné à éliminer le pli du câble à l'endroit de la suspension de la charge.

Familiarisons-nous avec l'appareil et la méthode de levage de la deuxième partie d'un simple mécanisme de levage - un câble, un câble ou une chaîne. Le câble est torsadé à partir de fils d'acier, le câble est torsadé à partir de fils ou de torons et la chaîne est constituée de maillons interconnectés.

Moyens de suspension de la cargaison et de gain de puissance, lors du levage d'une cargaison, avec un câble:

Sur la fig. 4, la charge est fixée à une extrémité du câble et si vous soulevez la charge à l’autre extrémité du câble, le soulèvement de cette charge nécessitera une force légèrement supérieure au poids de la cargaison, puisqu'un simple gain en force ne donne pas F \u003d P.

Sur la figure 5, le travailleur se soulève par le câble qui se plie autour d'un bloc simple, le siège sur lequel il est assis est fixé à une extrémité de la première partie du câble et le travailleur se soulève pour la deuxième partie du câble avec une force deux fois inférieure à son poids. parce que le poids du travailleur était réparti sur deux parties du câble, la première du siège au bloc et la seconde du bloc aux mains du travailleur F \u003d P / 2.

Sur la figure 6, deux ouvriers soulèvent la charge à l'aide de deux câbles et le poids de la charge est réparti uniformément entre les câbles. Chaque ouvrier soulève donc la charge avec la moitié du poids de la charge F \u003d P / 2.

Sur la figure 7, les travailleurs soulèvent une charge suspendue à deux parties d'un câble et le poids de la charge est réparti uniformément entre les parties de ce câble (entre deux câbles) et chaque ouvrier soulève la charge avec une force égale à la moitié du poids de la charge F \u003d P / 2.

Sur la figure 8, l'extrémité du câble, pour laquelle l'un des travailleurs a soulevé la charge, a été fixée sur une suspension fixe et le poids de la charge a été réparti en deux parties du câble. Lorsque le travailleur a soulevé la charge, la seconde extrémité du câble a été doublée, la force avec laquelle le travailleur levant moins de poids F \u003d P / 2 et la charge sera 2 fois plus lente.

Sur la figure 9, la charge est suspendue à 3 parties d'un câble, dont une extrémité est fixe et le gain en force, lors du levage de la charge, sera de 3 car le poids de la charge sera réparti sur trois parties du câble F \u003d P / 3.

Pour éliminer le pli et réduire la force de frottement, un simple bloc est installé à l'endroit de la suspension de la charge et la force requise pour soulever la charge n'a pas changé, puisqu'un simple bloc ne donne pas un gain de résistance des Fig. 10 et Fig. 11, et le bloc lui-même s'appelle bloc mobile, puisque l’axe de ce bloc monte et descend avec la charge.

Théoriquement, la charge peut être suspendue sur un nombre illimité de pièces d'un câble, mais elles sont pratiquement limitées à six pièces. Un tel mécanisme de levage s'appelle poulie, qui consiste en un support fixe et mobile avec des blocs simples, qui sont alternativement courbés autour d’un câble fixé à une extrémité à un support fixe, et la charge est soulevée à la seconde extrémité du câble. Le gain en force dépend du nombre de parties du câble entre les clips fixes et mobiles. En règle générale, il s'agit de 6 parties du câble et le gain en puissance est de 6 fois.

L'article traite des interactions réelles entre les blocs et le câble lors du levage de la charge. La pratique actuelle qui consistait à déterminer «un bloc fixe ne procure pas un gain de résistance, et un bloc mobile donne un gain de force de 2 fois» interprétait de manière erronée l'interaction du câble et du bloc dans le mécanisme de levage et ne reflétait pas toute la diversité des conceptions de bloc, ce qui avait conduit au développement d'idées erronées unilatérales concernant bloquer. Comparé aux volumes existants de matériel pour étudier le mécanisme simple du bloc, le volume de l'article a été multiplié par 2, mais cela a permis d'expliquer de manière claire et intelligible les processus se déroulant dans le mécanisme de levage simple, non seulement pour les étudiants, mais également pour les enseignants.

Références:

1. Poryshkin, A.V. Physics, 7ème classe.: Manuel / A.V. Poryshkin.- 3ème éd., Supplémentaire- M.: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Application de la règle de l'équilibre du levier à un bloc, p. 181-183.
2. Gendenstein, L.E. Physics. 7ème année. 2 heures, première partie. Manuel pour les établissements d’enseignement / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; sous la direction de V. A. Orlova, I. I. Roisen, 2e éd., Rév. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 p .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Mécanismes simples, p. 188-196.
3. Manuel élémentaire de physique, édité par l'académicien G. S. Landsberg Tome 1. Mécanique. La chaleur Physique moléculaire, 10e éd., Moscou: Nauka, 1985. § 84. Simple Machines, p. 168–175.
4. Gromov, S.V. Physics: Textbook. pour 7 cl. enseignement général. institutions / S.V. Gromov, N.A. Rodina.- 3e éd. - M .: Education, 2001.-158 s,: ill. ISBN-5–09–010349–6. § 22. Block, pages 55-57.

Mots-clés: bloc, double bloc, bloc fixe, bloc mobile, poulie..

Annotation:   Les manuels de physique de 7e année, lors de l'étude d'un mécanisme de bloc simple, interprètent différemment le gain de force lorsque vous soulevez une charge à l'aide de ce mécanisme. Par exemple, dans le manuel de A.V. Peryshkin, le gain de force est obtenu à l'aide de la roue de blocage sur laquelle agissent les forces de levier et dans le manuel de Gendenshtein L. E., le même gain est obtenu à l'aide d'un câble, sur lequel agit la force de tension du câble. Différents manuels, différents sujets et différentes forces - pour gagner en force en soulevant une charge. Par conséquent, le but de cet article est de rechercher des objets et des forces à l’aide desquels un gain de force est obtenu lors de la levée d’une charge avec un simple mécanisme de blocage.

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),

donc, les modules de 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 seconde 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.

Rapport de mission de recherche

"L'étude d'un système de blocs donnant un gain de force de 2, 3, 4 fois"

Élèves de 7e année.

Lycée N ° 76, Yaroslavl

Thème de travail: L'étude d'un système de blocs donnant un gain en force de 2, 3, 4 fois.

But du travail: En utilisant des systèmes de blocs, obtenez un gain en force de 2, 3, 4 fois.

Équipement   blocs mobiles et fixes, trépieds, jambes d’embrayage, poids, corde.

Plan de travail:

Étudier le matériel théorique sur le thème «Mécanismes simples. Blocs ";

Recueillez et décrivez les installations - des systèmes de blocs qui donnent un gain de puissance de 2, 3 ou 4 fois.

Analyse des résultats de l'expérience;

Conclusion

“Un peu de blocs”

Dans la technologie moderne, les mécanismes de levage sont largement utilisés, les composants indispensables pouvant être appelés mécanismes simples. Parmi elles, les plus anciennes inventions de l'humanité sont des blocs. 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.

Dans les cours de physique, nous étudions un bloc mobile et un bloc immobile. En utilisant le bloc fixe, vous pouvez changer le sens de la force. Un bloc en mouvement - diminution donne un gain de force de 2 fois.Bloc fixe Archimède le considérait comme un bras égal. Le moment de force agissant d'un côté du bloc fixe est égal au moment de la force appliquée de l'autre côté du bloc. Les forces qui créent ces moments sont les mêmes. Et le bloc mobile Archimède a pris pour un levier inégal. Par rapport au centre de rotation, il y a des moments de forces qui doivent être égaux à l'équilibre.

Dessins en bloc:

2. Assemblage des installations - systèmes de blocs donnant un gain de force de 2, 3 et 4 fois.

Nous utilisons la cargaison dans le travail,dont le poids est de 4 N   (Fig. 3).

Fig. 3

À l'aide de blocs mobiles et fixes, notre équipe a assemblé les unités suivantes:

Système à bloc double   (Fig. 4 et Fig. 5).

Ce système de blocs utilise des blocs mobiles et fixes. Une telle combinaison donne un gain de force deux fois. Par conséquent, une force égale à la moitié du poids de la charge doit être appliquée au point A.

Fig. 4

Fig.5

Sur la photo (Fig. 5), on voit que ce réglage donne un gain de force 2 fois supérieur, le dynamomètre indique une force d'environ 2 N. Deux cordes proviennent de la charge. Le poids des blocs n'est pas pris en compte.

Système de bloc triple . Fig. 6 et Fig. 7

Dans ce système de blocs, deux blocs mobiles et fixes sont utilisés. Une telle combinaison donne un gain de force triple. Le principe de fonctionnement de notre installation avec une multiplicité de 3 (un gain de puissance de 3 fois) ressemble à celui illustré dans la figure. Le bout de la corde est attaché à la plate-forme, puis la corde est lancée à travers un bloc fixe. Encore une fois, à travers le bloc mobile qui maintient la plate-forme avec la charge. Ensuite, nous tirons la corde à travers un autre bloc fixe. Ce type de mécanisme donne un gain de force de 3 fois, c'est une option étrange. Nous utilisons une règle simple: combien de cordes proviennent de la charge, tel est notre gain de force. Dans la longueur de la corde, nous perdons exactement le nombre de fois où le gain de force est multiplié.

Fig.6

Fig. 7

Fig. 8

Sur la photo (Fig. 8), on peut voir que le dynamomètre montre une force d'environ 1,5 N. L'erreur indique le poids de l'unité mobile et de la plate-forme. De la cargaison vient trois cordes.

Système de bloc 4 fois .

Ce système de blocs utilise deux blocs mobiles et deux blocs fixes. Une telle combinaison donne un gain de force quadruple. (Fig. 9 et Fig. 10).

Fig. 9

Fig. 10

Sur la photo (Fig. 10), on voit que ce réglage donne un gain de force de 4 fois, le dynamomètre indique une force d'environ 1 N. Quatre cordes proviennent de la charge.

Conclusion:

Le système de cales mobiles et fixes, composé de cordes et de cales, vous permet de gagner en force effective avec une perte de longueur. Nous utilisons une règle simple - la règle d'or de la mécanique: combien de cordes proviennent de la charge, c'est notre gain de force. Dans la longueur de la corde, nous perdons exactement le nombre de fois où le gain de force est multiplié. Grâce à cette règle d'or de la mécanique, il est possible de soulever des charges de grande masse sans faire de gros efforts.

En connaissant cette règle, vous pouvez créer des systèmes de blocs - polyspast, qui vous permettent de gagner le pouvoir au nième nombre de fois. Par conséquent, les blocs et les systèmes de blocs sont largement utilisés dans divers domaines de notre vie. Ples blocs mobiles et fixes sont largement utilisés dans les engrenages d'automobiles. En outre, les constructeurs utilisent les blocs pour soulever des charges importantes ou réduites (par exemple, lors de la réparation des façades extérieures des bâtiments, ils travaillent souvent dans un berceau pouvant se déplacer entre les étages. À la fin des travaux, les travailleurs peuvent rapidement déplacer le berceau vers un étage supérieur en utilisant tandis que seulement leur propre force). Les blocs sont si répandus en raison de la simplicité de leur assemblage et de la commodité de travailler avec eux.

Pour l'instant, nous supposons que la masse du bloc et du câble, ainsi que les frottements dans le bloc, peuvent être négligés. Dans ce cas, la force de tension du câble peut être considérée comme identique dans toutes ses parties. De plus, nous considérerons le câble comme inextensible et sa masse est négligeable.

Bloc fixe

Le bloc fixe est utilisé pour changer la direction de la force. Sur la fig. 24.1, a montre comment utiliser le bloc fixe pour inverser le sens de la force. Cependant, avec son aide, vous pouvez changer la direction de la force à votre guise.

Dessinez un diagramme d'utilisation d'un bloc fixe, avec lequel vous pouvez faire pivoter la direction de la force de 90 °.

Un bloc fixe donne-t-il un gain de force? Considérez ceci en utilisant l'exemple de la fig. 24.1 a. Le câble est tiré par la force exercée par le pêcheur sur l'extrémité libre du câble. La force de tension du câble reste constante le long du câble. Par conséquent, du côté du câble, la charge (poisson) est affectée par la même force modulo. Par conséquent, un bloc fixe ne donne pas de gain de force.

Lorsque vous utilisez une unité fixe, la charge augmente autant que l'extrémité du câble tombe, ce à quoi le pêcheur applique la force. Cela signifie qu'en utilisant un bloc fixe, nous ne gagnons ni ne perdons en cours de route.

Unité mobile

Mettre l'expérience

Lorsque vous soulevez une charge à l'aide d'un bloc léger en mouvement, nous notons que si le frottement est faible, il est nécessaire d'appliquer une force environ 2 fois moins que le poids de la charge (Fig. 24.3). Ainsi, l'unité mobile donne un gain de force de 2 fois.

Fig. 24.3. Lors de l'utilisation de l'unité mobile, nous gagnons deux fois plus forts mais perdons le même nombre de fois en cours de route

Cependant, pour un double gain de force, vous devez payer la même perte en cours de route: pour soulever la charge, par exemple, de 1 m, vous devez relever le bout du câble jeté sur le bloc de 2 m.

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

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 de la force musculaire et de 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 jusqu'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 vous obteniez au total 2h.

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.