Izraz "blok" znači neki mehanički uređaj, koji je valjak koji je postavljen na okomitu os. Ovaj se valjak može slobodno kretati ili je, naprotiv, čvrsto fiksiran. Pojednostavimo definiciju – ako se os rotacije valjka pomiče u prostoru, tada je blok pomičan. Valjak ima utor u koji je umetnuto uže ili sajla. Slika ispod pokazuje izgled blok.

Ako je valjak fiksiran, na primjer, na stropu, to je nepomični blok. Ako se valjak kreće s teretom, on je pokretni blok. U općenitom smislu, to je jedina razlika.

Smisao korištenja pokretnog bloka je dobivanje snage pri dizanju ili pomicanju tereta i fizička tijela. Fiksni blok ne daje nikakvu korist, ali često uvelike pojednostavljuje kretanje tijela i koristi se u sustavima zajedno s pomičnim blokom.

Primjena pokretnih i fiksnih blokova

Blok sustav nalazi se posvuda. To uključuje dizalice i razne uređaje za premještanje tereta u garaži, pa čak i pogonske remene u modernom automobilu. Često se blok koristi čak i bez jasnog razumijevanja da je to isti mehanizam.

Sigurno ste na gradilištima naišli na pomične kotače pričvršćene za gornje katove kuće u izgradnji. Preko takvog kotača prebacuje se uže ili lanac i radnik, učvrstivši kantu na prvom katu, podiže je na gornji kat, pomičući uže. Ovo je jednostavan primjer korištenja fiksnog bloka. Ako kanti dodate još jedan kotač, dobit ćete sustav blokova - pokretnih i stacionarnih.

Još jedan rjeđi primjer korištenja fiksnog bloka. Kad osoba izvlači auto iz blata omotavanjem užeta za vuču oko debla. To je učinjeno radi veće praktičnosti, jer će se vitlo za vuču lako uhvatiti za mali kraj kabela omotanog oko cijevi. Od samog takvog bloka nema dobitka, a budući da se stablo ne okreće oko svoje osi, sila otpora povećava opterećenje.

Mnogo je primjera korištenja ovih jednostavnih mehanizama oko nas.

Najpoznatiji uređaj koji radi na principu blokova je lančana dizalica. Aktivno se koristi u mehanizmi za podizanje. Sustav blokova smanjuje snagu i opći rad smanjuje se 4-8 puta.

Rješavanje problema s pokretnim i fiksnim blokovima

U problemima iz fizike često je potrebno odrediti koliki će se ukupni dobitak na snazi ​​dobiti korištenjem blokova. Učenik se nudi složeni sklop, gdje je nekoliko blokova različitih vrsta povezano u nizu.

Ključ rješenja Takvi zadaci leže u sposobnosti razumijevanja interakcije tih uređaja. Svaki se blok izračunava zasebno i zatim dodaje ukupnoj formuli. Formula za izračun jer se cijeli zadatak sastavlja prema dijagramu koji je učenik nacrtao čitajući uvjet.

Za bolje razumijevanje takvih problema treba imati na umu da blok je vrsta poluge. Dobivena snaga uzrokuje gubitak udaljenosti (u slučaju pokretnog bloka).

Formula za izračun vrlo je jednostavna.

Za fiksni blok F=fmg, gdje je F sila, f koeficijent otpora bloka, m masa tereta, g gravitacijska konstanta. Drugim riječima, F je sila koja se mora primijeniti da bi se podigla, na primjer, kutija s tla pomoću nepokretnog bloka. Kao što vidite, veza je izravna i nema koeficijenta.

Za pokretni blok imamo dvostruki dobitak na snazi. Formula za izračun F=0,5fmg, gdje je slovne oznake slično gornjoj formuli. Sukladno tome, kada koristite pomični blok, takvu kutiju mase m ćete podići dvostruko lakše s blokom nego koristeći samo svoja leđa.

imajte na umu da koeficijent otpora- ovo je otpor koji nastaje u bloku kada se uže pomiče duž njega. Obično su te vrijednosti navedene u izjavi problema ili su tablične vrijednosti. Ponekad se u školskim zadacima ti koeficijenti potpuno izostavljaju i ne uzimaju u obzir.

Štoviše, to se ne smije zaboraviti ako se sila primjenjuje pod kutom, tada morate koristiti standardnu ​​metodu izračuna trokuta sila. Ako problem kaže da osoba vuče teret na užetu koji je pod kutom od 30 stupnjeva u odnosu na horizont, onda to svakako treba uzeti u obzir i naznačiti na dijagramu proračuna.

Blok se sastoji od jednog ili više kotača (valjaka) obavijenih lancem, remenom ili sajlom. Baš poput poluge, kolotur smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta, ali također može promijeniti smjer primijenjene sile.

Dobitak na snazi ​​dolazi po cijenu udaljenosti: što je manje napora potrebno za podizanje tereta, duža je udaljenost koju točka primjene tog napora mora prijeći. Blok sustav povećava dobitak snage upotrebom više lanci za nošenje tereta. Takvi uređaji za uštedu energije imaju vrlo širok raspon primjena – od pomicanja masivnih čeličnih greda do visine gradilišta do isticanja zastava.

Kao i kod drugih jednostavnih mehanizama, izumitelji bloka su nepoznati. Iako su blokovi možda postojali i prije, prvo spominjanje u literaturi datira iz petog stoljeća prije Krista i odnosi se na korištenje blokova kod starih Grka na brodovima i u kazalištima.

Pomični blok sustavi montirani na viseću tračnicu (slika gore)široko se koriste na montažnim trakama jer uvelike olakšavaju kretanje teških dijelova. Primijenjena sila (F) jednaka je težini tereta (W) podijeljenoj s brojem lanaca koji se koriste za njegovo držanje (n).

Pojedinačni fiksni blokovi

Ova najjednostavnija vrsta kolotura ne smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta, ali mijenja smjer primijenjene sile, kao što je prikazano na slikama gore i gore desno. Fiksni blok na vrhu jarbola olakšava podizanje zastave tako što omogućuje povlačenje užeta na koje je zastava pričvršćena.

Pojedinačni pokretni blokovi

Jedna remenica, koja se može pomicati, smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta za pola. Međutim, prepolovljenje primijenjene sile znači da točka primjene mora prijeći dvostruko više. U u ovom slučaju sila jednaka polovici težine (F=1/2W).

Blok sustavi

Kada se koristi kombinacija fiksnog bloka i bloka koji se kreće, primijenjena sila je višekratnik ukupnog broja lanaca za nošenje tereta. U ovom slučaju sila je jednaka polovici težine (F=1/2W).

Teret, okomito obješen kroz blok, omogućuje zatezanje vodoravnih električnih žica.

Viseći lift(slika gore) sastoji se od lanca omotanog oko jednog pokretnog i dva fiksna bloka. Za podizanje tereta potrebna je sila koja je samo polovica njegove težine.

Koturna dizalica, koji se obično koristi u velikim dizalicama (slika desno), sastoji se od niza pokretnih blokova na kojima je teret obješen i skupa nepomičnih blokova pričvršćenih na krak dizalice. Dobivanjem snage od tolikog broja blokova, dizalica može podići vrlo teške terete, poput čeličnih greda. U tom slučaju sila (F) jednaka je kvocijentu težine tereta (W) podijeljenom s brojem nosivih užadi (n).

Češće jednostavnih mehanizama koristi za dobivanje moći. To jest, korištenje manje sile za pomicanje veće težine u usporedbi s njom. U isto vrijeme, dobici u snazi ​​ne postižu se "besplatno". Cijena za to je gubitak udaljenosti, odnosno potrebno je napraviti veći pokret nego bez korištenja jednostavnog mehanizma. Međutim, kada su snage ograničene, tada je "razmjena" udaljenosti za snagu korisna.

Pokretni i fiksni blokovi dvije su vrste jednostavnih mehanizama. Osim toga, oni su modificirana poluga, koja je također jednostavan mehanizam.

Fiksni blok ne daje dobitak na snazi, jednostavno mijenja smjer svoje primjene. Zamislite da morate podići uže težak teret gore. Morat ćete ga povući. Ali ako koristite nepomični blok, tada ćete morati povući prema dolje dok se teret podiže. U tom slučaju bit će vam lakše jer će se potrebna snaga sastojati od snage mišića i vaše težine. Bez upotrebe stacionarnog bloka, morala bi se primijeniti ista sila, ali bi se to postiglo isključivo snagom mišića.

Fiksni blok je kotač s utorom za uže. Kotač je fiksan, može se okretati oko svoje osi, ali se ne može pomicati. Krajevi užeta (sajla) vise, na jedan je pričvršćen teret, a na drugi djeluje sila. Ako kabel povučete prema dolje, teret se podiže.

Budući da nema dobitka na snazi, nema ni gubitka na udaljenosti. Za koliko se teret podigne, uže se mora spustiti na istu udaljenost.

Korištenje pokretni blok daje dvostruko povećanje snage (idealno). To znači da ako je težina tereta F, onda da bi se podigao, mora se primijeniti sila od F/2. Pomični blok Sve se sastoji od istog kotača s utorom za kabel. Međutim, jedan kraj sajle je ovdje fiksiran, a kotač je pomičan. Kotač se kreće s teretom.

Težina tereta je sila usmjerena prema dolje. Uravnotežen je dvjema silama prema gore. Jedan nastaje nosačem na koji je pričvršćena sajla, a drugi povlačenjem sajle. Sila zatezanja sajle jednaka je s obje strane, što znači da je težina tereta ravnomjerno raspoređena između njih. Stoga je svaka od sila 2 puta manje težine teret

U stvarnim situacijama, dobitak na snazi ​​je manji od 2 puta, budući da se sila dizanja djelomično "trati" na težinu užeta i bloka, kao i na trenje.

Blok koji se kreće, iako daje gotovo dvostruki dobitak u snazi, daje dvostruki gubitak u udaljenosti. Da bi se teret podigao na određenu visinu h, užad sa svake strane bloka mora se smanjiti za tu visinu, odnosno ukupno je 2h.

Obično se koriste kombinacije fiksnih i pokretnih blokova – koloturnici. Omogućuju vam da dobijete snagu i smjer. Što više pokretnih blokova ima u lančanoj dizalici, to je veći dobitak na snazi.

4.1. Statički elementi

4.1.7. Neki jednostavni mehanizmi: blokovi

Uređaji dizajnirani za pomicanje (podizanje, spuštanje) tereta pomoću kotača i niti bačene kroz njega, na koje se primjenjuje određena sila, nazivaju se blokovi. Postoje fiksni i pokretni blokovi.

Blokovi su dizajnirani za pomicanje tereta težine P → pomoću sile F → primijenjene na uže bačeno preko kotača.

Za sve vrste blokova(stacionarni i pokretni) uvjet ravnoteže je zadovoljen:

d 1 F = d 2 P,

gdje je d 1 rame sile F → koja djeluje na uže; d 2 - krak sile P → (težina tereta koji se pomiče pomoću ovog bloka).

U fiksni blok(Sl. 4.8) kraci sila F → i P → su identični i jednaki polumjeru bloka:

d 1 = d 2 = R,

dakle, moduli sila su međusobno jednaki:

F = P.

Riža. 4.8

Pomoću nepokretnog bloka tijelo mase P → može se pomicati primjenom sile F → čija se veličina podudara s težinom tereta.

U pokretnom bloku (sl. 4.9) krakovi sila F → i P → su različiti:

d 1 = 2R i d 2 = R,

gdje je d 1 rame sile F → koja djeluje na uže; d 2 - krak sile P → (težina tereta koji se pomiče pomoću ovog bloka),

dakle, moduli sila poštuju jednakost:

Riža. 4.9

Pomoću pomičnog bloka tijelo mase P → može se pomicati djelovanjem sile F → čija je vrijednost polovica težine tereta.

Blokovi vam omogućuju pomicanje tijela na određenu udaljenost:

• stacionarni blok ne daje dobitak na snazi; samo mijenja smjer primijenjene sile;
• pomični blok daje 2 puta povećanje snage.

Međutim, i pokretni i fiksni blokovi ne daju dobitke rad: koliko puta pobijedimo u snazi, koliko puta izgubimo u udaljenosti (“ zlatno pravilo»mehanika).

Primjer 22. Sustav se sastoji od dva bestežinska bloka: jednog pomičnog i jednog nepokretnog. Uteg mase 0,40 kg visi na osi bloka koji se kreće i dodiruje pod. Određena sila djeluje na slobodni kraj užeta bačenog preko nepokretnog bloka kao što je prikazano na slici. Pod utjecajem te sile teret se iz stanja mirovanja digne na visinu od 4,0 m za 2,0 s. Odredite veličinu sile koja djeluje na uže.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T ′ − m g = m a ,

a = 2 F − m g m .

Put koji prijeđe teret podudara se s njegovom visinom iznad površine poda i povezan je s vremenom njegovog kretanja t formulom

ili uzimajući u obzir izraz za modul ubrzanja

h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Izrazimo potrebnu silu odavde:

F = m (h t 2 + g 2)

i izračunajte njegovu vrijednost:

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

Primjer 23. Sustav se sastoji od dva bestežinska bloka: jednog pomičnog i jednog nepokretnog. Određeni teret visi na osi fiksnog bloka kao što je prikazano na slici. Pod djelovanjem stalne sile koja djeluje na slobodni kraj užeta, teret se počinje gibati konstantnom akceleracijom i pomakne se prema gore za 3,0 m u 2,0 s. Tijekom kretanja tereta primijenjena sila razvija prosječnu snagu od 12 W. Nađi masu tereta.

Riješenje . Na slici su prikazane sile koje djeluju na pokretne i nepokretne blokove.

Dvije sile T → djeluju na nepokretni blok sa strane užeta (s obje strane bloka); Pod utjecajem tih sila ne dolazi do kretanja bloka prema naprijed. Svaka od navedenih sila jednaka je sili F → primijenjenoj na kraj užeta:

Na pokretni blok djeluju tri sile: dvije sile zatezanja užeta T → ′ (s obje strane bloka) i težina tereta P → = m g → ; pod utjecajem tih sila blok (zajedno s teretom koji visi na njemu) ubrzano se pomiče prema gore.

Napišimo drugi Newtonov zakon za pokretni blok u obliku:

2 T → ′ + P → = m a → ,

ili u projekciji na koordinatna os, usmjeren okomito prema gore,

2 T ′ − m g = m a ,

gdje je T ′ modul sile napetosti užeta; m je masa tereta (masa pokretnog bloka s teretom); g - modul ubrzanja slobodnog pada; a je modul akceleracije bloka (teret ima istu akceleraciju, pa ćemo dalje govoriti o akceleraciji tereta).

Modul sile napetosti užeta T' jednak je modulu sile T:

stoga je modul ubrzanja tereta određen izrazom

a = 2 F − m g m .

S druge strane, ubrzanje tereta određeno je formulom za prijeđeni put:

gdje je t vrijeme kretanja tereta.

Jednakost

2 F − m g m = 2 S t 2

omogućuje nam da dobijemo izraz za modul primijenjene sile:

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

Teret se giba jednoliko ubrzano, pa je modul njegove brzine određen izrazom

v = na

a prosječna brzina je

〈v〉 = S t = a t 2 .

Veličina srednje snage, razvijen primijenjenom silom, određuje se formulom

〈N〉 = F〈v〉,

ili uzimajući u obzir izraze za modul sile i prosječnu brzinu:

〈N〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

Odavde izražavamo traženu masu:

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2) .

Zamijenimo izraz za ubrzanje (a = 2S /t 2) u dobivenu formulu:

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

i napravimo izračun:

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

U Moderna tehnologija Za prijenos robe na gradilištima i poduzećima naširoko se koriste mehanizmi za podizanje koji su neophodni komponente koji se mogu nazvati jednostavnim mehanizmima. Među njima su najstariji izumi čovječanstva: blok i poluga. Starogrčki znanstvenik Arhimed olakšao je čovjeku posao tako što mu je primjenom svog izuma dao dobitak na snazi, te ga naučio mijenjati smjer sile.

Blok je kotač s utorom po obodu za uže ili lanac, čija je os kruto pričvršćena na zidnu ili stropnu gredu.

Uređaji za podizanje obično koriste ne jedan, već nekoliko blokova. Sustav blokova i kabela dizajniran za povećanje nosivosti naziva se lančana dizalica.

Pokretni i fiksni blok isti su drevni jednostavni mehanizmi kao i poluga. Već 212. godine prije Krista Sirakužani su uz pomoć kuka i hvataljki spojenih na blokove oteli Rimljanima opsadnu opremu. Gradnju vojnih vozila i obranu grada vodio je Arhimed.

Arhimed je fiksni blok smatrao ravnokrakom polugom.

Moment sile koji djeluje na jednu stranu bloka jednak je momentu sile koji djeluje na drugu stranu bloka. Sile koje stvaraju te trenutke također su iste.

Nema dobitka na snazi, ali takav blok omogućuje promjenu smjera sile, što je ponekad potrebno.

Arhimed je pokretni blok uzeo kao nejednakokraku polugu, koja daje dvostruki dobitak na snazi. U odnosu na središte rotacije djeluju momenti sila koji u ravnoteži moraju biti jednaki.

Arhimed je proučavao mehanička svojstva pokretnog bloka i primijenio ih u praksi. Prema Ateneju, "izmišljene su mnoge metode za porinuće gigantskog broda koji je sagradio sirakuški tiranin Hieron, ali je mehaničar Arhimed, koristeći jednostavne mehanizme, sam uspio pomaknuti brod uz pomoć nekoliko ljudi. Arhimed je smislio blok i uz pomoć njega porinuo ogroman brod.” .

Blok ne daje nikakav dobitak u radu, što potvrđuje zlatno pravilo mehanike. To je lako provjeriti obraćanjem pozornosti na prijeđene udaljenosti ruke i težinu.

Sportski jedrenjaci, poput jedrilica iz prošlosti, ne mogu bez blokova pri postavljanju i upravljanju jedrima. Moderni brodovi trebaju blokove za podizanje signala i čamaca.

Ova kombinacija pokretnih i fiksnih jedinica na elektrificiranoj liniji željeznička pruga za podešavanje napetosti žice.

Ovaj sustav blokova mogu koristiti piloti jedrilica za podizanje svojih uređaja u zrak.