Description bibliographique : Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Une vision moderne du mécanisme simple du « bloc », étudié dans les manuels de physique de la 7e année // Jeune scientifique. 2016. N°2. P. 106-113..07.2019).

Les manuels de physique pour la 7e année, lors de l'étude d'un mécanisme de bloc simple, interprètent la victoire de différentes manières force lors du levage d'une charge de en utilisant ce mécanisme, par exemple : dans Le manuel de Perychkine UN. B. gains en la force est obtenue avec à l'aide de la roue du bloc, sur laquelle agissent les forces du levier, et dans le manuel de Gendenstein L. E. les mêmes gains sont obtenus avec à l'aide d'un câble soumis à la force de tension du câble. Différents manuels, différentes matières et différentes forces - recevoir des gains en force lors du levage d’une charge. Par conséquent, le but de cet article est de rechercher des objets et force, avec grâce auquel les gains sont obtenus force, lors du levage d’une charge avec un simple mécanisme de blocage.

Mots clés :

Tout d'abord, jetons un coup d'œil et comparons comment les gains de force sont obtenus lors du levage d'une charge avec un simple mécanisme de bloc, dans les manuels de physique de la 7e année, nous placerons dans un tableau des extraits de textes de manuels avec les mêmes concepts. pour plus de clarté.

Résumons la révision et la comparaison des textes et des images dans les manuels :

La preuve de l'obtention d'un gain de force dans le manuel d'A. V. Peryshkin est réalisée sur la roue du bloc et la force agissant est la force du levier ; Lors du levage d'une charge, un bloc fixe n'apporte pas de gain de force, mais un bloc mobile permet un gain de force 2 fois supérieur. Il n'y a aucune mention d'un câble sur lequel une charge est suspendue à un bloc fixe et d'un bloc mobile avec une charge.

En revanche, dans le manuel de Gendenstein L.E. la preuve du gain de force est effectuée sur un câble sur lequel est suspendue une charge ou un bloc mobile avec une charge et la force agissant est la force de tension du câble ; lors du levage d'une charge, un bloc fixe peut multiplier par 2 la résistance, mais il n'y a aucune mention dans le texte du levier sur la roue du bloc.

Une recherche bibliographique décrivant le gain de force à l'aide d'un bloc et d'un câble a conduit au « Elementary Textbook of Physics », édité par l'académicien G. S. Landsberg, au §84. Les machines simples aux pages 168 à 175 décrivent : « un bloc simple, un bloc double, un portail, une poulie et un bloc différentiel ». En effet, de par sa conception, « un bloc double donne un gain de résistance lors du levage d'une charge, du fait de la différence de longueur des rayons des blocs » à l'aide desquels la charge est levée, et « un bloc poulie donne un gain de force lors du levage d'une charge, grâce à la corde, sur plusieurs parties de laquelle pend une charge. Ainsi, il a été possible de savoir pourquoi un bloc et un câble (corde) donnent un gain de résistance lors du levage d'une charge, mais il n'a pas été possible de savoir comment le bloc et le câble interagissent entre eux et transfèrent le poids du charge les unes aux autres, puisque la charge peut être suspendue à un câble et que le câble est projeté sur le bloc ou que la charge peut être suspendue au bloc et que 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, donc le transfert du poids de la charge par le câble vers le bloc se fera à chaque point de contact entre le câble et le bloc , ainsi que le transfert du poids de la charge suspendue au bloc vers le câble. Pour clarifier l'interaction du bloc avec le câble, nous réaliserons des expériences pour obtenir un gain de force avec un bloc en mouvement lors du levage d'une charge, en utilisant le matériel d'une salle de physique scolaire : dynamomètres, blocs de laboratoire et un jeu de poids en 1N. (102g). Commençons les expériences avec un bloc mobile, car nous en avons trois différentes versions obtenir un gain de puissance avec ce bloc. La première version est « Fig.180. Un bloc mobile comme levier à bras inégaux" - manuel de A. V. Peryshkin, le deuxième "Fig. 24.5... deux forces de tension égales du câble F" - d'après le manuel de L. E. Gendenstein et enfin le troisième "Fig. . Tirer le bloc" . Soulever une charge avec un clip mobile d'une poulie sur plusieurs parties d'une corde - selon le manuel de G. S. Landsberg.

Expérience n°1. "Fig. 183"

Pour réaliser l'expérience n°1, obtenant un gain de force sur le bloc mobile « avec un levier à épaulements inégaux OAB Fig. 180 » selon le manuel de A. V. Peryshkin, sur le bloc mobile « Fig. 183 » position 1, dessiner. un levier à épaules inégales OAB, comme dans la « Fig. 180 », et commencez à soulever la charge de la position 1 à la position 2. Au même instant, le bloc commence à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour de son axe au point A et au point B. , l'extrémité du levier derrière laquelle s'effectue l'ascenseur, sort au-delà du demi-cercle le long duquel le câble contourne le bloc mobile par le bas. Point O - le point d'appui du levier, qui doit être immobile, descend, voir "Fig. 183" - position 2, c'est-à-dire un levier à épaules inégales OAB change comme un levier à épaules égales (les points O et B passent par le même chemins).

Sur la base des données obtenues dans l'expérience n°1 sur les changements de position du levier OAB sur le bloc mobile lors du levage d'une charge de la position 1 à la position 2, nous pouvons conclure que la représentation du bloc mobile comme un levier à bras inégaux sur la « Fig. 180 », lors du levage de charge, avec rotation du bloc autour de son axe, correspond à un levier à bras égaux, qui n'apporte pas de gain de force lors du levage de la charge.

Nous commencerons l'expérience n°2 en attachant des dynamomètres aux extrémités du câble, sur lesquels nous accrocherons un bloc mobile avec une charge pesant 102 g, ce qui correspond à une force de gravité de 1 N. Nous fixerons l'une des extrémités de le câble sur une suspension, et en utilisant l'autre extrémité du câble nous soulèverons la charge sur le bloc mobile. Avant l'ascension, les lectures des deux dynamomètres étaient de 0,5 N chacune ; au début de l'ascension, les lectures du dynamomètre pour lequel l'ascension a eu lieu sont passées à 0,6 N, et le sont restées pendant l'ascension à la fin de l'ascension, les lectures sont revenues à 0,5 N. Les lectures du dynamomètre, fixe pour une suspension fixe n'ont pas changé pendant la montée et sont restées égales 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 fait le tour du bloc par le bas, en utilisant tout le demi-cercle du roue.
2. Avant le levage, les lectures des deux dynamomètres sont de 0,5 N, ce qui indique la répartition du poids d'une charge de 1 N (102 g) en deux parties du câble (avant et après le bloc) ou que la force de tension du câble est de 0,5 N et est le même sur toute la longueur du câble (le même au début, le même à la fin du câble) - ces deux affirmations sont vraies.

Comparons l'analyse de l'expérience n°2 avec les versions du manuel sur l'obtention d'un gain de force 2 fois supérieur à l'aide d'un bloc mobile. Commençons par l'affirmation dans le manuel de Gendenstein L.E. « ... que trois forces sont appliquées au bloc : le poids de la charge P, dirigé vers le bas, et deux forces de tension identiques du câble, dirigées vers le haut (Fig. 24.5) .» Il serait plus exact de dire que le poids de la charge indiqué dans la « Fig. 14,5" a été réparti en deux parties du câble, avant et après le bloc, puisque la force de tension du câble est une. Il reste à analyser la signature sous "Fig. 181" du manuel de A. V. Peryshkin "Combinaison de blocs mobiles et fixes - bloc de poulie". Une description du dispositif et du gain de force lors du levage d'une charge avec une poulie est donnée dans le Elementary Textbook of Physics, 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 corde agiront avec une force nT, où n est le nombre de sections distinctes de corde reliant les deux. parties du bloc. Il s'avère que si l'on applique à la « Fig. 181 » le gain de force avec une « corde reliant les deux parties » de la poulie du Manuel élémentaire de physique de G. S. Landsberg, alors la description du gain de force avec un bloc mobile dans la « Fig. 179 » et, par conséquent, la Fig. 180" serait une erreur.

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

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

Les blocs de ce mécanisme de levage sont divisés en :

par conception en simple et complexe ;

selon la méthode de levage de charges en charges mobiles et fixes.

Commençons par nous familiariser avec la conception des blocs avec bloc simple, qui est une roue tournant autour de son axe, avec une rainure sur la circonférence pour un câble (corde, chaîne) Fig. 1 et elle peut être considérée comme un levier à bras égaux dans lequel les bras de forces sont égaux au rayon de la roue : OA=OB=r. Un tel bloc n'apporte pas de gain de résistance, mais permet de changer le sens de déplacement du câble (corde, chaîne).

Double bloc se compose de deux blocs de rayons différents, rigidement fixés ensemble et montés sur un axe commun sur la Fig. 2. Les rayons des blocs r1 et r2 sont différents et, lors du levage d'une charge, ils agissent comme un levier aux épaules inégales, et le gain de force sera égal au rapport des longueurs des rayons du bloc de plus grand diamètre à le bloc de plus petit diamètre F = Р·r1/r2.

Grille se compose d'un cylindre (tambour) et d'une poignée qui y est attachée, qui fait office de bloc de grand diamètre. Le gain de force donné par le collier est déterminé par le rapport du rayon du cercle R décrit par la poignée sur le rayon. du cylindre r sur lequel la corde est enroulée F = Р r/ R.

Passons à la méthode de levage d'une charge avec des blocs. D'après la description de la conception, tous les blocs ont un axe autour duquel ils tournent. Si l'axe du bloc est fixe et ne monte ni ne descend lors du levage de charges, alors un tel bloc est appelé bloc fixe bloc simple, bloc double, portail.

U bloc mobile l'essieu monte et descend avec la charge (Fig. 10) et vise principalement à éliminer la flexion du câble à l'endroit où la charge est suspendue.

Faisons connaissance avec le dispositif et la méthode de levage d'une charge ; la deuxième partie d'un mécanisme de levage simple est un câble, une corde ou une chaîne. Le câble est constitué de fils d'acier, la corde est constituée de fils ou de torons et la chaîne est constituée de maillons reliés les uns aux autres.

Méthodes pour suspendre une charge et gagner en force lors du levage d'une charge avec un câble :

Sur la fig. 4, la charge est fixée à une extrémité du câble, et si vous soulevez la charge par l'autre extrémité du câble, alors pour soulever cette charge vous aurez besoin d'une force légèrement supérieure au poids de la charge, puisqu'un simple bloc de gain de force ne donne pas F = P.

Sur la figure 5, le travailleur soulève la charge par un câble qui fait le tour d'un simple bloc par le haut ; à une extrémité de la première partie du câble se trouve un siège sur lequel le travailleur est assis, et par la deuxième partie du câble ; le travailleur se soulève avec une force 2 fois inférieure à son poids, car le poids du travailleur était réparti en deux parties du câble, la première - du siège au bloc, et la seconde - du bloc aux mains du travailleur F = P/2.

Sur la figure 6, la charge est levée par deux ouvriers à l'aide de deux câbles et le poids de la charge sera réparti également entre les câbles et donc chaque ouvrier soulèvera la charge avec une force égale à la moitié du poids de la charge F = P/ 2.

Sur la figure 7, les ouvriers soulèvent une charge suspendue à deux parties d'un câble et le poids de la charge sera réparti également entre les parties de ce câble (comme entre deux câbles) et chaque ouvrier soulèvera la charge avec une force. égal à la moitié du poids de la charge F = P/2.

Sur la figure 8, l'extrémité du câble, par laquelle l'un des travailleurs soulevait la charge, était fixée sur une suspension fixe, et le poids de la charge était réparti en deux parties du câble, et lorsque le travailleur soulevait la charge, charge par la deuxième extrémité du câble, la force avec laquelle le travailleur soulevait la charge était doublée moins de poids charge F = P/2 et la levée de la charge sera 2 fois plus lente.

Sur la Fig. 9, la charge est suspendue à 3 parties d'un câble dont une extrémité est fixe et le gain de force lors du levage de la charge sera égal à 3, puisque le poids de la charge sera réparti sur trois parties du câble F = P/3.

Pour éliminer le virage et réduire la force de frottement, un simple bloc est installé à l'endroit où la charge est suspendue et la force nécessaire pour soulever la charge n'a pas changé, puisqu'un simple bloc n'apporte pas de gain de résistance (Fig. 10 et Fig. 11), et le bloc lui-même sera appelé bloc mobile, puisque l'axe de ce bloc monte et descend avec la charge.

Théoriquement, une charge peut être suspendue à un nombre illimité de parties d'un câble, mais en pratique elles sont limitées à six parties et un tel mécanisme de levage est appelé palan à chaîne, qui consiste en un clip fixe et mobile avec des blocs simples, qui sont alternativement encerclés par un câble, une extrémité fixée au clip fixe, et la charge est levée à l'aide de l'autre extrémité du câble. Le gain de résistance dépend du nombre de parties du câble entre les cages fixe et mobile ; en règle générale, il s'agit de 6 parties de câble et le gain de résistance est de 6 fois.

L'article examine les interactions réelles entre les blocs et le câble lors du levage d'une charge. La pratique existante consistant à déterminer qu'« un bloc fixe ne donne pas un gain de résistance, mais qu'un bloc mobile donne un gain de force de 2 fois » a interprété à tort l'interaction du câble et du bloc dans mécanisme de levage et ne reflétait pas toute la diversité des conceptions de blocs, ce qui a conduit au développement d'idées erronées unilatérales sur le bloc. Par rapport aux volumes existants de matériel pour étudier un mécanisme de bloc simple, le volume de l'article a augmenté de 2 fois, mais cela a permis d'expliquer de manière claire et intelligible les processus se produisant dans un mécanisme de levage simple non seulement aux étudiants, mais aussi aux enseignants.

Littérature:

1. Pyryshkin, A.V. Physique, 7e année : manuel / A.V. Pyryshkin - 3e éd., complémentaire - M. : Outarde, 2014, - 224 p., : ill. ISBN978-5-358-14436-1. § 61. Application de la règle d'équilibre du levier au bloc, pp.
2. Gendenstein, LE Physique. 7e année. À 14h00 Partie 1. Manuel pour établissements d'enseignement/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov ; édité par V. A. Orlova, I. I. Roizen - 2e éd., révisé. - M. : Mnémosyne, 2010.-254 p. : ill. ISBN978-5-346-01453-9. § 24. Mécanismes simples, pp. 188-196.
3. Manuel élémentaire de physique, édité par l'académicien G. S. Landsberg Volume 1. Mécanique. Chaleur. Physique moléculaire. - 10e éd. - M. : Nauka, 1985. § 84. Machines simples, pp.
4. Gromov, S. V. Physique : Manuel. pour la 7ème année enseignement général institutions / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3e éd. - M. : Éducation, 2001.-158 p., : ill. ISBN-5-09-010349-6. §22. Bloc, pp.55-57.

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

Annotation: Les manuels de physique de 7e, lors de l'étude d'un mécanisme de bloc simple, interprètent de différentes manières le gain de force lors du levage d'une charge à l'aide de ce mécanisme, par exemple : dans le manuel d'A. V. Peryshkin, le gain de force est obtenu à l'aide de la roue de le bloc, sur lequel agissent les forces du levier, et dans le manuel de Gendenstein L.E. le même gain est obtenu en utilisant un câble, sur lequel agit la force de tension du câble. Différents manuels, différents objets et différentes forces - pour obtenir un gain de force lors du levage d'une charge. Le but de cet article est donc de rechercher des objets et des forces à l'aide desquels un gain de force est obtenu lors du levage 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 (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 le bras 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 le 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 à partir d'ici la force requise :

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 le moment 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.

Rapport de mission de recherche

"Etude d'un système de blocs qui donnent un gain de résistance de 2, 3, 4 fois"

Élèves de 7e année.

Lycée N° 76, Iaroslavl

Sujet: Étudier le système de blocs qui donnent un gain de force de 2, 3, 4 fois.

Objectif du travail : Grâce aux systèmes de blocs, obtenez un gain de force de 2, 3, 4 fois.

Équipement: blocs mobiles et fixes, trépieds, pieds avec accouplements, poids, corde.

Plan de travail :

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

Recueillir et décrire les installations - des systèmes de blocs qui donnent un gain de résistance de 2, 3, 4 fois.

Analyse des résultats de l'expérimentation ;

Conclusion

"Un peu de blocs"

DANS technologie moderne les mécanismes de levage sont largement utilisés et sont indispensables composants que l'on peut appeler des mécanismes simples. Parmi eux se trouvent les plus anciennes inventions de l’humanité : les blocs. 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 rigidement fixé au mur ou poutre de plafond. Appareils de levage Habituellement, ce n'est pas un, mais plusieurs blocs qui sont utilisés. Un système de blocs et de câbles conçu pour augmenter la capacité de charge est appelé palan à chaîne.

Dans les cours de physique, nous étudions les blocs mobiles et fixes. À l'aide d'un bloc fixe, vous pouvez changer la direction de la force. Et le bloc mobile - le réduire donne un gain de résistance 2 fois supérieur.Bloc fixeArchimède le considérait comme un levier à bras égaux. Le moment de force agissant sur un côté d’un bloc fixe est égal au moment de force appliqué de l’autre côté du bloc. Les forces qui créent ces moments sont également les mêmes. Et Archimède prit le bloc mobile pour un levier à bras inégaux. Par rapport au centre de rotation, agissent des moments de forces qui, à l'équilibre, doivent être égaux.

Dessins en bloc :

2. Assemblage d'installations - systèmes de blocs qui donnent un gain de résistance de 2, 3 et 4 fois.

Dans notre travail, nous utilisons une charge,dont le poids est de 4 N (Fig.3).

Riz. 3

À l'aide de blocs mobiles et fixes, notre équipe a assemblé paramètres suivants:

Un système de blocs qui donne une force multipliée par 2 (Fig.4 et Fig.5).

Ce système de poulie utilise une poulie mobile et une poulie fixe. Cette combinaison double la force. Il faut donc appliquer une force égale à la moitié du poids de la charge au point A.

Figure 4

Figure 5

La photographie (Fig. 5) montre que cette installation donne un gain de force 2 fois, le dynamomètre affiche une force approximativement égale à 2 N. Il y a deux cordes sortant de la charge. Nous ne prenons pas en compte le poids des blocs.

Un système de blocs qui donne une force multipliée par 3 . Fig.6 et Fig.7

Ce système de poulies utilise deux poulies mobiles et fixes. Cette combinaison donne un triple gain de force. Le principe de fonctionnement de notre installation avec une multiplicité de 3 (un gain de résistance de 3 fois) se présente comme indiqué sur la figure. L'extrémité de la corde est attachée à la plate-forme, puis la corde est lancée sur un bloc fixe. Encore une fois - à travers un 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 résistance de 3 fois, c'est une option étrange. Nous utilisons règle simple: combien de cordes proviennent de la charge, tel est notre gain de force. En longueur de corde on perd exactement autant de fois qu'on gagne en force.

Figure 6

Figure 7

Figure 8

La photographie (Fig. 8) montre que le dynamomètre indique une force d'environ 1,5 N. L'erreur est déterminée par le poids du bloc mobile et de la plate-forme. Il y a trois cordes sortant de la charge.

Un système de blocs qui donne une force multipliée par 4 .

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

Riz. 9

Figure 10

La photographie (Fig. 10) montre que cette installation donne une force multipliée par 4 ; le dynamomètre montre une force approximativement égale à 1 N. Il y a quatre cordes sortant de la charge.

Conclusion:

Un système de poulies mobiles et fixes, constitué de cordes et de poulies, permet de gagner en force efficace tout en perdant en longueur. Nous utilisons une règle simple, la règle d'or de la mécanique : combien de cordes proviennent de la charge, tel est notre gain de force. En longueur de corde on perd exactement autant de fois qu'on gagne en force. Grâce à cette règle d’or de la mécanique, vous pouvez soulever de grosses charges sans trop d’effort.

Connaissance cette règle il est possible de créer des systèmes de blocs - palans à chaîne, qui permettent de gagner en force dans nième quantité une fois. Par conséquent, les blocs et les systèmes de blocs sont largement utilisés dans divers domaines de notre vie. P.les blocs mobiles et fixes sont largement utilisés dans les mécanismes de transmission automobile. De plus, les blocs sont utilisés par les constructeurs pour soulever des charges grandes et petites (par exemple, lors de la réparation des façades extérieures des bâtiments, les constructeurs travaillent souvent dans un berceau qui peut être déplacé entre les étages. Une fois les travaux terminés au sol, les travailleurs peuvent déplacez rapidement le berceau vers l'étage supérieur en utilisant et 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 stationnaire 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, on remarquera que si le frottement est faible, alors pour soulever la charge il faut appliquer une force environ 2 fois inférieure au poids de la charge (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 ? »).

Le plus souvent, des mécanismes simples sont utilisés pour gagner 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. Le bloc mobile 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. Chaque force est donc 2 fois inférieure au poids de la charge.

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.