Մատենագիտական ​​նկարագրություն.Շումեյկո Ա.Վ., Վետաշենկո Օ.Գ. 7-րդ դասարանի ֆիզիկայի դասագրքերում ուսումնասիրված պարզ «բլոկի» ժամանակակից տեսակետ // Երիտասարդ գիտնական. 2016. Թիվ 2. P. 106-113..07.2019).

Ֆիզիկայի 7-րդ դասարանի դասագրքերը պարզ բլոկային մեխանիզմ ուսումնասիրելիս տարբեր կերպ են մեկնաբանում հաղթելը ուժը բեռը բարձրացնելիս օգտագործելով այս մեխանիզմը, օրինակ՝ in Պերիշկինի դասագիրքը Ա. B. շահումները մեջ ուժը ձեռք է բերվում հետ օգտագործելով բլոկի անիվը, որի վրա գործում են լծակի ուժերը, և Գենդենշտեյնի դասագրքում Լ. E. նույն շահումները ձեռք են բերվում հետ օգտագործելով մալուխ, որը ենթարկվում է մալուխի լարվածության ուժին. Տարբեր դասագրքեր, տարբեր առարկաներ և տարբեր ուժեր - շահումներ ստանալու համար ուժ՝ բեռ բարձրացնելիս. Հետևաբար, այս հոդվածի նպատակը օբյեկտների որոնումն է և ուժով, հետ որի միջոցով ձեռք են բերվում շահումները ուժ, բեռ բարձրացնելիս պարզ բլոկ մեխանիզմով։

Բանալի բառեր:

Նախ, եկեք նայենք և համեմատենք, թե ինչպես են ձեռք բերվում ուժի ձեռքբերումներ 7-րդ դասարանի ֆիզիկայի դասագրքերում, նույն հասկացություններով, դասագրքերի տեքստերից պարզության համար:

Ամփոփենք դասագրքերի տեքստերի և նկարների ակնարկն ու համեմատությունը.

Ա.Վ. Պերիշկինի դասագրքում ուժի ավելացում ստանալու ապացույցն իրականացվում է բլոկի անիվի վրա, և գործող ուժը լծակի ուժն է. Բեռը բարձրացնելիս անշարժ բլոկը չի ապահովում ամրության ավելացում, սակայն շարժական բլոկը ապահովում է ուժի 2 անգամ ավելացում: Չի նշվում մալուխի մասին, որի վրա բեռը կախված է ֆիքսված բլոկի վրա, իսկ շարժական բլոկը բեռով:

Մյուս կողմից, Gendenstein L.E.-ի դասագրքում ուժի մեջ շահույթի ապացույցն իրականացվում է մալուխի վրա, որի վրա կախված է բեռը կամ բեռով շարժական բլոկը, և գործող ուժը մալուխի լարվածության ուժն է. բեռը բարձրացնելիս անշարժ բլոկը կարող է ուժի 2 անգամ մեծացնել, բայց բլոկի անիվի վրա լծակի տեքստում որևէ հիշատակում չկա:

Գրականության որոնումը, որը նկարագրում է ուժի շահույթը բլոկի և մալուխի միջոցով, հանգեցրեց «Ֆիզիկայի տարրական դասագրքին», որը խմբագրվել է ակադեմիկոս Գ. Ս. Լանդսբերգի կողմից, §84: 168–175 էջերի պարզ մեքենաներին տրված են «պարզ բլոկ, կրկնակի բլոկ, դարպաս, ճախարակ և դիֆերենցիալ բլոկ» նկարագրությունները։ Իրոք, իր դիզայնով «կրկնակի բլոկը ուժ է տալիս բեռը բարձրացնելիս՝ բլոկների շառավիղների երկարության տարբերության պատճառով», որի օգնությամբ բեռը բարձրացվում է, և «ճախարակի բլոկը տալիս է. ուժի ավելացում բեռը բարձրացնելիս պարանի շնորհիվ, որի մի քանի մասերի վրա բեռ է կախված»: Այսպիսով, հնարավոր եղավ պարզել, թե ինչու են բլոկը և մալուխը (պարան) բեռը բարձրացնելիս ուժեղացնում ուժը, բայց հնարավոր չեղավ պարզել, թե ինչպես են բլոկը և մալուխը փոխազդում միմյանց հետ և փոխանցում բեռնաթափի քաշը: բեռնեք միմյանց, քանի որ բեռը կարող է կասեցվել մալուխի վրա, և մալուխը նետվում է բլոկի վրայով կամ բեռը կարող է կախված լինել բլոկի վրա, իսկ բլոկը կախված է մալուխից: Պարզվեց, որ մալուխի լարվածության ուժը հաստատուն է և գործում է մալուխի ողջ երկարությամբ, ուստի մալուխի կողմից բեռի ծանրության փոխանցումը դեպի բլոկ կլինի մալուխի և բլոկի շփման յուրաքանչյուր կետում։ , ինչպես նաև բլոկի վրա կասեցված բեռի ծանրության փոխանցումը մալուխին։ Բլոկի փոխազդեցությունը մալուխի հետ պարզաբանելու համար մենք փորձեր կանցկացնենք՝ բեռ բարձրացնելիս շարժվող բլոկով ուժի օգուտ ստանալու համար՝ օգտագործելով դպրոցական ֆիզիկայի դասասենյակի սարքավորումները՝ դինամոմետրեր, լաբորատոր բլոկներ և 1N կշիռների մի շարք։ (102 գ): Փորձերը սկսենք շարժվող բլոկով, քանի որ ունենք երեքը տարբեր տարբերակներայս բլոկով ձեռք բերելով իշխանություն: Առաջին տարբերակը «Նկ.180. Շարժվող բլոկ՝ որպես անհավասար թեւեր» - դասագիրք Ա Քաշեք բլոկը»: Ճախարակի շարժական սեղմակով բեռ բարձրացնելը մեկ պարանի մի քանի մասերի վրա - ըստ G. S. Landsberg-ի դասագրքի:

Փորձ թիվ 1. «Նկ. 183»

Թիվ 1 փորձարկումն իրականացնելու համար շարժական բլոկի վրա «անհավասար ուսերով լծակով» Նկ. 180» ըստ Ա.Վ.Պերիշկինի դասագրքի, շարժական բլոկի վրա «Նկար 183» գծեք OAB անհավասար ուսերով լծակ, ինչպես «Նկար 180»-ում, և սկսում է բեռը բարձրացնել 1-ից դիրք 2: Միևնույն ակնթարթում բլոկը սկսում է պտտվել իր առանցքի շուրջ A կետում և B կետում: , լծակի վերջը, որի հետևում տեղի է ունենում վերելակը, դուրս է գալիս կիսաշրջանից այն կողմ, որի երկայնքով մալուխը շրջում է շարժվող բլոկի շուրջը ներքևից: O կետ - լծակի հենակետը, որը պետք է անշարժ լինի, իջնում ​​է, տե՛ս «Նկար 183» - դիրք 2, այսինքն. անհավասար ուսերով լծակը փոխվում է հավասար ուսերով լծակի նման (O և B կետերը անցնում են նույն միջով. ուղիներ):

Ելնելով թիվ 1 փորձից ստացված տվյալներից՝ շարժվող բլոկի վրա OAB լծակի դիրքի փոփոխության վերաբերյալ, երբ բեռը 1-ից 2 դիրք բարձրացնելիս, կարող ենք եզրակացնել, որ շարժվող բլոկի ներկայացումը որպես անհավասար թեւերով լծակ. «180»-ում բեռը բարձրացնելիս բլոկի առանցքի շուրջ պտտվելիս համապատասխանում է հավասար թեւերով լծակ, որը բեռը բարձրացնելիս ուժի ավելացում չի ապահովում:

Մենք կսկսենք թիվ 2 փորձը՝ մալուխի ծայրերին ամրացնելով դինամոմետրեր, որոնց վրա կկախենք 102 գ կշռող բեռով շարժվող բլոկ, որը համապատասխանում է 1 Ն ձգողականության ուժին։ Կամրացնենք ծայրերից մեկը։ մալուխը կախոցի վրա, և օգտագործելով մալուխի մյուս ծայրը, մենք կբարձրացնենք բեռը շարժվող բլոկի վրա: Վերելքից առաջ երկու դինամոմետրերի ցուցումները վերելքի սկզբում եղել են 0,5 N, դինամոմետրի ցուցումները, որոնց համար տեղի է ունեցել վերելք, փոխվել են դեպի 0,6 N, և այդպես էլ մնացել են վերելքի վերջում. ցուցումները վերադարձան 0,5 Ն: Ֆիքսված կախոցի համար ամրացված դինամոմետրի ցուցումները բարձրացման ընթացքում չեն փոխվել և մնացել են հավասար 0,5 Ն: Եկեք վերլուծենք փորձի արդյունքները.

1. Նախքան բարձրացնելը, երբ շարժական բլոկի վրա կախված է 1 N (102 գ) բեռ, բեռի քաշը բաշխվում է ամբողջ անիվի վրա և տեղափոխվում մալուխի վրա, որը շրջում է բլոկի շուրջը ներքևից՝ օգտագործելով բլոկների ամբողջ կիսաշրջանը։ անիվ.
2. Նախքան բարձրացնելը, երկու դինամոմետրերի ցուցումները 0,5 Ն են, ինչը ցույց է տալիս 1 Ն (102 գ) բեռի քաշի բաշխումը մալուխի երկու մասի վրա (բլոկից առաջ և հետո) կամ մալուխի լարվածության ուժը։ 0,5 Ն է, և նույնն է մալուխի ողջ երկարությամբ (նույնը սկզբում, նույնը մալուխի վերջում) - այս երկու պնդումներն էլ ճիշտ են:

Համեմատենք թիվ 2 փորձի վերլուծությունը շարժական բլոկի միջոցով ուժի 2 անգամ ավելացում ստանալու մասին դասագրքային տարբերակների հետ։ Սկսենք դասագրքում Գենդենշտեյն Լ.Է.-ի այն պնդումից, որ բլոկի վրա կիրառվում են երեք ուժեր՝ դեպի ներքև ուղղված բեռի P, և դեպի վեր ուղղված մալուխի երկու միանման ուժեր (նկ. 24.5): »: Ավելի ճիշտ կլինի ասել, որ բեռի կշիռը «Նկ. 14,5 դյույմը բաշխվել է մալուխի երկու մասի՝ բլոկից առաջ և հետո, քանի որ մալուխի լարվածության ուժը մեկն է։ Մնում է վերլուծել ստորագրությունը «Նկար 181» դասագրքից Ա.Վ. Սարքի նկարագրությունը և ուժի բարձրացումը ճախարակով բեռ բարձրացնելիս տրված է Ֆիզիկայի տարրական դասագրքում, խմբ. Lansberg G.S. որտեղ ասվում է. «Բլոկների միջև գտնվող պարանի յուրաքանչյուր կտոր կգործի շարժվող բեռի վրա T ուժով, իսկ պարանի բոլոր կտորները կգործեն nT ուժով, որտեղ n-ը երկուսն էլ միացնող պարանի առանձին հատվածների թիվն է։ բլոկի մասերը»։ Ստացվում է, որ եթե կիրառենք «Նկար 181»-ի վրա ուժի մեջ գտնվող ճախարակի «երկու մասերը միացնող պարանով» Գ.Ս. «Նկար 179»-ում և, համապատասխանաբար, Նկար 180»-ում սխալ կլինի:

Վերլուծելով ֆիզիկայի չորս դասագրքերը՝ կարող ենք եզրակացնել, որ պարզ բլոկային մեխանիզմով ուժի ավելացում ստանալու առկա նկարագրությունը չի համապատասխանում. իրական իրավիճակգործերը և, հետևաբար, պահանջում է պարզ բլոկ մեխանիզմի գործողության նոր նկարագրություն:

Պարզ բարձրացման մեխանիզմբաղկացած է բլոկից և մալուխից (պարան կամ շղթա):

Այս բարձրացնող մեխանիզմի բլոկները բաժանված են.

դիզայնով պարզ և բարդ;

ըստ շարժական և անշարժ բեռների բարձրացման մեթոդի:

Սկսենք ծանոթանալ բլոկների նախագծմանը պարզ բլոկ, որն իր առանցքի շուրջը պտտվող անիվ է՝ մալուխի (պարան, շղթա) շրջագծի շուրջ ակոսով Նկ. 1 և այն կարելի է համարել հավասարազոր լծակ, որի մեջ ուժերի բազուկները հավասար են շառավղին։ անիվը՝ OA=OB=r. Նման բլոկը չի ապահովում ուժի ավելացում, բայց թույլ է տալիս փոխել մալուխի շարժման ուղղությունը (պարան, շղթա):

Կրկնակի բլոկբաղկացած է տարբեր շառավիղների երկու բլոկներից, որոնք կոշտորեն ամրացված են միմյանց և ամրացված են Նկար 2-ում ներկայացված ընդհանուր առանցքի վրա: R1 և r2 բլոկների շառավիղները տարբեր են, և բեռը բարձրացնելիս գործում են անհավասար ուսերով լծակի պես, և ուժի մեջ շահույթը հավասար կլինի ավելի մեծ տրամագծով բլոկի շառավիղների երկարությունների հարաբերակցությանը: ավելի փոքր տրամագծով բլոկ F = Р·r1/r2:

Դարպաս բաղկացած է գլանից (թմբուկից) և դրան կցված բռնակից, որը գործում է որպես մեծ տրամագծով բլոկ Օձիքի ուժով տրված ուժը որոշվում է բռնակի և շառավղով նկարագրված R շրջանակի շառավիղով: գլան r, որի վրա պարանը փաթաթված է F = Р r/ R.

Անցնենք բլոկներով բեռ բարձրացնելու մեթոդին։ Դիզայնի նկարագրությունից բոլոր բլոկներն ունեն առանցք, որի շուրջը նրանք պտտվում են: Եթե ​​բլոկի առանցքը ամրացված է և բեռներ բարձրացնելիս չի բարձրանում կամ ընկնում, ապա այդպիսի բլոկը կոչվում է. ֆիքսված բլոկմեկ բլոկ, կրկնակի բլոկ, դարպաս:

U շարժվող բլոկառանցքը բարձրանում և իջնում ​​է բեռի հետ միասին (նկ. 10) և այն նախատեսված է հիմնականում վերացնելու մալուխի ծռումը բեռի կախման վայրում։

Եկեք ծանոթանանք բեռը բարձրացնելու սարքին և եղանակին, պարզ ամբարձիչ մեխանիզմի երկրորդ մասը մալուխն է, պարանը կամ շղթան։ Մալուխը պատրաստված է պողպատե մետաղալարերից, պարանը՝ թելերից կամ թելերից, իսկ շղթան բաղկացած է միմյանց հետ կապված օղակներից։

Մալուխով բեռը բարձրացնելիս բեռը կախելու և ուժ ձեռք բերելու մեթոդներ.

Նկ. 4, բեռը ամրագրված է մալուխի մի ծայրում, և եթե բեռը բարձրացնեք մալուխի մյուս ծայրով, ապա այս բեռը բարձրացնելու համար ձեզ անհրաժեշտ կլինի բեռի քաշից մի փոքր ավելի մեծ ուժ, քանի որ պարզ բլոկ ուժի ավելացումը չի տալիս F = P:

Նկար 5-ում աշխատողը բարձրացնում է բեռը մալուխի միջոցով, որը պտտվում է վերևից հասարակ բլոկով, մալուխի առաջին մասի մի ծայրում կա նստատեղ, որի վրա նստում է բանվորը, իսկ մալուխի երկրորդ մասում. աշխատողը բարձրացնում է իրեն իր քաշից 2 անգամ պակաս ուժով, քանի որ աշխատողի քաշը բաշխվել է մալուխի երկու մասի, առաջինը՝ նստատեղից մինչև բլոկ, իսկ երկրորդը՝ բլոկից մինչև աշխատողի ձեռքերը։ P/2.

Նկար 6-ում բեռը բարձրացնում են երկու բանվոր՝ օգտագործելով երկու մալուխ, և բեռի կշիռը հավասարապես կբաշխվի մալուխների միջև և հետևաբար յուրաքանչյուր աշխատող կբարձրացնի բեռը բեռի քաշի կեսը F = P/ ուժով: 2.

Նկար 7-ում աշխատողները բարձրացնում են բեռը, որը կախված է մեկ մալուխի երկու մասերից, և բեռի քաշը հավասարապես կբաշխվի այս մալուխի մասերի միջև (ինչպես երկու մալուխների միջև), և յուրաքանչյուր աշխատող կբարձրացնի բեռը ուժով։ հավասար է բեռի քաշի կեսին F = P/2:

Նկար 8-ում մալուխի ծայրը, որով աշխատողներից մեկը բարձրացնում էր բեռը, ամրացված էր անշարժ կախոցի վրա, և բեռի քաշը բաշխվեց մալուխի երկու մասի վրա, և երբ բանվորը բարձրացրեց բեռնվածությունը մալուխի երկրորդ ծայրով, ուժը, որով աշխատողը կբարձրացնի բեռը, կրկնապատկվեց ավելի քիչ քաշբեռը F = P/2 և բեռը բարձրացնելը 2 անգամ ավելի դանդաղ կլինի:

Նկար 9-ում բեռը կախված է մեկ մալուխի 3 մասերից, որոնց մի ծայրը ամրացված է, և բեռը բարձրացնելիս ուժի մեջ ուժը հավասար կլինի 3-ի, քանի որ բեռի քաշը կբաշխվի մալուխի երեք մասի վրա։ մալուխ F = P/3:

Կռումը վերացնելու և շփման ուժը նվազեցնելու համար տեղադրվում է պարզ բլոկ այն վայրում, որտեղ բեռը կասեցված է, և բեռը բարձրացնելու համար պահանջվող ուժը չի փոխվել, քանի որ պարզ բլոկը ուժի ավելացում չի ապահովում, Նկար 10: և նկ. 11, և բլոկն ինքնին կկոչվի շարժվող բլոկ, քանի որ այս բլոկի առանցքը բարձրանում և իջնում ​​է բեռի հետ մեկտեղ։

Տեսականորեն, բեռը կարող է կասեցվել մեկ մալուխի անսահմանափակ թվով մասերի վրա, բայց գործնականում դրանք սահմանափակվում են վեց մասով, և նման բարձրացման մեխանիզմը կոչվում է. շղթայական ամբարձիչ, որը բաղկացած է պարզ բլոկներով ֆիքսված և շարժական սեղմակից, որոնք հերթափոխով շրջապատված են մալուխով, մի ծայրը ամրացված է ամրացված սեղմակին, իսկ բեռը բարձրացվում է՝ օգտագործելով մալուխի մյուս ծայրը։ Հզորության ավելացումը կախված է ֆիքսված և շարժական վանդակների միջև եղած մալուխի մասերի քանակից, որպես կանոն, այն կազմում է մալուխի 6 մաս, իսկ ուժգնությունը՝ 6 անգամ:

Հոդվածում ուսումնասիրվում են բլոկների և մալուխի իրական փոխազդեցությունները բեռ բարձրացնելիս: Գոյություն ունեցող պրակտիկան՝ որոշելու, որ «ֆիքսված բլոկը ուժի ավելացում չի տալիս, բայց շարժական բլոկը ուժի ավելացում է տալիս 2 անգամ», սխալ է մեկնաբանել մալուխի և բլոկի փոխազդեցությունը. ամբարձիչ մեխանիզմև չարտացոլեց բլոկի դիզայնի ամբողջական բազմազանությունը, ինչը հանգեցրեց բլոկի վերաբերյալ միակողմանի սխալ պատկերացումների զարգացմանը: Պարզ բլոկ մեխանիզմի ուսումնասիրման համար առկա նյութերի ծավալների համեմատ, հոդվածի ծավալն ավելացել է 2 անգամ, բայց դա հնարավորություն է տվել պարզ և հասկանալի բացատրել պարզ բարձրացման մեխանիզմում տեղի ունեցող գործընթացները ոչ միայն ուսանողներին, այլև ուսուցիչներին։

Գրականություն:

1. Պիրիշկին, Ֆիզիկա, 7-րդ դասարան: Դասագիրք / Ա.Վ., Լրացուցիչ - Մ.: ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Լծակի հավասարակշռության կանոնի կիրառումը բլոկում, էջ 181–183:
2. Gendenstein, L. E. Ֆիզիկա. 7-րդ դասարան. Ժամը 14-ին Մաս 1. Դասագիրք համար ուսումնական հաստատություններ/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; խմբագրել է V. A. Orlova, I. I. Roizen - 2-րդ հրատ., վերանայված: - M.: Mnemosyne, 2010.-254 էջ: հիվանդ. ISBN 978–5-346–01453–9։ § 24. Պարզ մեխանիզմներ, էջ 188–196։
3. Ֆիզիկայի տարրական դասագիրք, խմբագրել է ակադեմիկոս G. S. Landsberg հատոր 1. Մեխանիկա. Ջերմություն. Մոլեկուլային ֆիզիկա - 10-րդ հրատ.: Nauka, 1985. § 84. Պարզ մեքենաներ, էջ 168–175.
4. Գրոմով, Ս.Վ. Ֆիզիկա: Դասագիրք. 7-րդ դասարանի համար հանրակրթական հաստատություններ / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3-րդ հրատ. - Մ.: Կրթություն, 2001.-158 էջ, հիվանդ. ISBN-5–09–010349–6. §22. Բլոկ, էջ 55 -57։

Բանալի բառեր: բլոկ, կրկնակի բլոկ, ֆիքսված բլոկ, շարժական բլոկ, ճախարակի բլոկ:.

Անոտացիա: 7-րդ դասարանի ֆիզիկայի դասագրքերը, պարզ բլոկային մեխանիզմը ուսումնասիրելիս, տարբեր կերպ են մեկնաբանում այս մեխանիզմի միջոցով բեռ բարձրացնելիս ուժի օգուտը, օրինակ՝ Ա.Վ. բլոկը, որի վրա գործում են լծակի ուժերը, իսկ դասագրքում Գենդենշտեյն Լ.Է.-ի նույն շահույթը ստացվում է մալուխի միջոցով, որի վրա գործում է մալուխի լարվածության ուժը։ Տարբեր դասագրքեր, տարբեր առարկաներ և տարբեր ուժեր՝ բեռ բարձրացնելիս ուժի ավելացում ստանալու համար: Հետևաբար, այս հոդվածի նպատակն է որոնել առարկաներ և ուժեր, որոնց օգնությամբ ձեռք է բերվում ուժի ավելացում՝ պարզ բլոկային մեխանիզմով բեռ բարձրացնելիս։

4.1. Ստատիկ տարրեր

4.1.7. Որոշ պարզ մեխանիզմներ՝ բլոկներ

Սարքերը, որոնք նախատեսված են բեռները տեղափոխելու (բարձրացնելու, իջեցնելու) համար՝ օգտագործելով անիվը և դրա միջով նետված թելը, որոնց վրա կիրառվում է որոշակի ուժ, կոչվում են բլոկներ։ Առկա են ֆիքսված և շարժական բլոկներ։

Բլոկները նախատեսված են P → կշռող բեռը տեղափոխելու համար՝ օգտագործելով F → ուժը, որը կիրառվում է անիվի վրայով նետված պարանի վրա:

Համար ցանկացած տեսակի բլոկներ(ստացիոնար և շարժական) հավասարակշռության պայմանը բավարարված է.

d 1 F = d 2 P,

որտեղ d 1-ը պարանին կիրառվող F → ուժի ուսն է. դ 2 - ուժի թեւ P → (այս բլոկի միջոցով տեղափոխված բեռի քաշը):

IN ֆիքսված բլոկ(նկ. 4.8) F → և P → ուժերի թեւերը նույնական են և հավասար են բլոկի շառավղին.

d 1 = d 2 = R,

հետևաբար, ուժային մոդուլները հավասար են միմյանց.

F = P.

Բրինձ. 4.8

Օգտագործելով անշարժ բլոկ P → կշռող մարմինը կարող է շարժվել F → ուժի կիրառմամբ, որի մեծությունը համընկնում է բեռի քաշի հետ։

Շարժվող բլոկում (նկ. 4.9) F → և P → ուժերի թեւերը տարբեր են.

d 1 = 2R և d 2 = R,

որտեղ d 1-ը պարանին կիրառվող F → ուժի ուսն է. d 2 - ուժի թեւ P → (այս բլոկի միջոցով տեղափոխված բեռի քաշը),

հետևաբար, ուժային մոդուլները ենթարկվում են հավասարությանը.

Բրինձ. 4.9

Շարժական բլոկ օգտագործելով՝ P → կշռող մարմինը կարող է շարժվել F → ուժի կիրառմամբ, որի արժեքը բեռի քաշի կեսն է։

Բլոկները թույլ են տալիս մարմինը տեղափոխել որոշակի հեռավորության վրա.

• անշարժ բլոկը ուժի ավելացում չի տալիս. այն փոխում է միայն կիրառվող ուժի ուղղությունը.
• Շարժական բլոկը տալիս է 2 անգամ ամրություն:

Այնուամենայնիվ, ինչպես շարժական, այնպես էլ ֆիքսված բլոկները շահումներ մի տվեքաշխատանք. քանի անգամ մենք հաղթում ենք ուժով, քանի անգամ ենք պարտվում հեռավորության վրա (« ոսկե կանոն» մեխանիկա):

Օրինակ 22. Համակարգը բաղկացած է երկու անկշռելի բլոկներից՝ մեկը շարժական և մեկ անշարժ: Շարժվող բլոկի առանցքից կախված է 0,40 կգ զանգված և դիպչում հատակին։ Որոշակի ուժ է կիրառվում անշարժ բլոկի վրայով նետված պարանի ազատ ծայրին, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Այս ուժի ազդեցությամբ բեռը հանգստից 2,0 վրկ-ում բարձրանում է մինչև 4,0 մ բարձրություն։ Գտե՛ք պարանի վրա կիրառվող ուժի մեծությունը:

2 T → ′ + P → = m a →,

2 T′ − m g = m a,

a = 2 F − m g m.

Բեռի անցած ուղին համընկնում է հատակի մակերևույթից բարձրության հետ և բանաձևով կապված է նրա շարժման ժամանակի հետ.

կամ հաշվի առնելով արագացման մոդուլի արտահայտությունը

h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Այստեղից արտահայտենք պահանջվող ուժը.

F = m (h t 2 + g 2)

և հաշվարկիր դրա արժեքը.

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

Օրինակ 23. Համակարգը բաղկացած է երկու անկշռելի բլոկներից՝ մեկը շարժական և մեկ անշարժ: Որոշակի բեռը կախված է ֆիքսված բլոկի առանցքից, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Ճոպանի ազատ ծայրին կիրառվող մշտական ​​ուժի ազդեցությամբ բեռը սկսում է շարժվել մշտական ​​արագացմամբ և 2,0 վրկ-ում 3,0 մ հեռավորության վրա շարժվում է դեպի վեր։ Բեռի շարժման ժամանակ կիրառվող ուժը զարգացնում է միջինը 12 Վտ հզորություն։ Գտեք բեռի զանգվածը:

Լուծում. Շարժական և անշարժ բլոկների վրա ազդող ուժերը ներկայացված են նկարում:

Երկու ուժեր T → գործում են պարանի կողքից անշարժ բլոկի վրա (բլոկի երկու կողմերում); Այս ուժերի ազդեցության տակ բլոկի առաջ շարժ չկա։ Նշված ուժերից յուրաքանչյուրը հավասար է ճոպանի ծայրին կիրառվող F → ուժին.

Շարժվող բլոկի վրա գործում են երեք ուժեր՝ երկու ճոպանի ձգման ուժեր T → ′ (բլոկի երկու կողմերում) և բեռի կշիռը P → = m g → ; Այս ուժերի ազդեցության տակ բլոկը (դրանից կախված բեռի հետ միասին) արագացումով շարժվում է դեպի վեր։

Շարժվող բլոկի համար Նյուտոնի երկրորդ օրենքը գրենք հետևյալ ձևով.

2 T → ′ + P → = m a →,

կամ պրոյեկցիայի վրա կոորդինատային առանցքուղղահայաց վերև ուղղված,

2 T′ − m g = m a,

որտեղ T'-ը պարանի ձգման ուժի մոդուլն է. m-ը բեռի զանգվածն է (շարժվող բլոկի զանգվածը բեռի հետ); g - ազատ անկման արագացման մոդուլ; a-ն բլոկի արագացման մոդուլն է (բեռնվածքն ունի նույն արագացումը, ուստի մենք հետագայում կխոսենք բեռի արագացման մասին):

Ճոպանի ձգման ուժի T ′ մոդուլը հավասար է T ուժի մոդուլին.

հետևաբար, բեռի արագացման մոդուլը որոշվում է արտահայտությամբ

a = 2 F − m g m.

Մյուս կողմից, բեռի արագացումը որոշվում է անցած ճանապարհի բանաձևով.

որտեղ t-ը բեռի շարժման ժամանակն է:

Հավասարություն

2 F − m g m = 2 S t 2

թույլ է տալիս մեզ ստանալ կիրառական ուժի մոդուլի արտահայտություն.

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

Բեռը շարժվում է միատեսակ արագացված, ուստի նրա արագության մոդուլը որոշվում է արտահայտությամբ

v = ժամը

իսկ միջին արագությունը

〈 v 〉 = S t = a t 2:

Մեծություն միջին հզորություն, մշակված կիրառական ուժով, որոշվում է բանաձեւով

〈 N 〉 = F 〈 v 〉,

կամ հաշվի առնելով ուժի մոդուլի և միջին արագության արտահայտությունները.

〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

Այստեղից մենք արտահայտում ենք պահանջվող զանգվածը.

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2) .

Եկեք փոխարինենք արագացման արտահայտությունը (a = 2S /t 2) ստացված բանաձևով.

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

և եկեք կատարենք հաշվարկը.

m = 2 ⋅ (2.0) 3 ⋅ 12 3.0 (2 ⋅ 3.0 + 10 ⋅ (2.0) 2) ≈ 1.4 կգ.

Հետազոտական ​​առաջադրանքի հաշվետվություն

«Բլոկների համակարգի ուսումնասիրություն, որոնք ուժ են տալիս 2, 3, 4 անգամ»

7-րդ դասարանի սովորողներ.

Ավագ դպրոցԹիվ 76, Յարոսլավլ

Թեմա: Բլոկների համակարգի ուսումնասիրություն, որոնք ուժ են տալիս 2, 3, 4 անգամ:

Աշխատանքի նպատակը. Օգտագործելով բլոկ համակարգեր, ստացեք ուժի ավելացում 2, 3, 4 անգամ:

Սարքավորումներ: շարժական և անշարժ բլոկներ, եռոտանիներ, ոտքեր՝ կցորդիչներով, կշիռներ, պարան։

Աշխատանքային պլան.

Տեսական նյութի ուսումնասիրություն «Պարզ մեխանիզմներ. Բլոկներ»;

Հավաքեք և նկարագրեք տեղադրումները՝ բլոկների համակարգեր, որոնք տալիս են 2, 3, 4 անգամ հզորություն:

Փորձի արդյունքների վերլուծություն;

Եզրակացություն

«Մի քիչ բլոկների մասին»

IN ժամանակակից տեխնոլոգիաամբարձիչ մեխանիզմները լայնորեն կիրառվում են և անփոխարինելի են բաղադրիչներըորոնք կարելի է անվանել պարզ մեխանիզմներ։ Դրանց թվում են մարդկության ամենահին գյուտերը՝ բլոկները։ Հին հույն գիտնական Արքիմեդը հեշտացրել է մարդու աշխատանքը՝ ուժ տալով նրան իր գյուտը կիրառելիս և սովորեցրել է փոխել ուժի ուղղությունը։

Բլոկը պարանի կամ շղթայի համար իր շրջագծի շուրջ ակոսով անիվ է, որի առանցքը կոշտ ամրացված է պատին կամ առաստաղի ճառագայթ. Բարձրացնող սարքերՍովորաբար օգտագործվում է ոչ թե մեկ, այլ մի քանի բլոկ։ Բլոկների և մալուխների համակարգը, որը նախատեսված է բեռնատարողությունը մեծացնելու համար, կոչվում է շղթայական ամբարձիչ:

Ֆիզիկայի դասերին ուսումնասիրում ենք շարժական և անշարժ բլոկներ։ Օգտագործելով ֆիքսված բլոկ, կարող եք փոխել ուժի ուղղությունը: Իսկ շարժական բլոկը՝ դրա կրճատումը ուժի 2 անգամ ավելացում է տալիս։Ֆիքսված բլոկԱրքիմեդը այն համարում էր հավասարազոր լծակ։ Անշարժ բլոկի մի կողմում ազդող ուժի պահը հավասար է բլոկի մյուս կողմում կիրառվող ուժի պահին: Այդ պահերը ստեղծող ուժերը նույնպես նույնն են։ Իսկ Արքիմեդը շարժվող բլոկը վերցրեց անհավասար զինված լծակի համար։ Պտտման կենտրոնի նկատմամբ գործում են ուժերի մոմենտներ, որոնք հավասարակշռության մեջ պետք է հավասար լինեն։

Արգելափակման գծագրեր.

2. Մոնտաժային կայանքներ - բլոկների համակարգեր, որոնք ուժ են տալիս 2, 3 և 4 անգամ:

Մեր աշխատանքում մենք օգտագործում ենք բեռ,որի քաշը 4 Ն է (նկ.3):

Բրինձ. 3

Օգտագործելով շարժական և ֆիքսված բլոկներ՝ մեր թիմը հավաքվեց հետևյալ պարամետրերը:

Բլոկային համակարգ, որը տալիս է ուժի 2 անգամ ավելացում (նկ.4 և նկ.5):

Այս ճախարակի համակարգը օգտագործում է շարժական և ֆիքսված ճախարակ: Այս համադրությունը կրկնապատկում է ուժը։ Ուստի Ա կետի վրա պետք է կիրառվի բեռի քաշի կեսին հավասար ուժ։

Նկ.4

Նկ.5

Լուսանկարը (նկ. 5) ցույց է տալիս, որ այս տեղադրումըուժի մեջ տալիս է 2 անգամ ավելացում, դինամոմետրը ցույց է տալիս մոտավորապես 2 N-ի հավասար ուժ: Բեռից գալիս են երկու պարան: Մենք հաշվի չենք առնում բլոկների քաշը:

Բլոկային համակարգ, որը տալիս է ուժի 3 անգամ ավելացում . Նկ.6 և Նկ.7

Այս ճախարակի համակարգը օգտագործում է երկու շարժական և ֆիքսված ճախարակ: Այս համադրությունը տալիս է ուժի եռակի աճ: Մեր տեղադրման գործարկման սկզբունքը 3-ի բազմապատկությամբ (ուժի ավելացում 3 անգամ) տեսք ունի, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Ճոպանի ծայրը ամրացվում է հարթակին, ապա պարանը նետվում է անշարժ բլոկի վրայով։ Եվս մեկ անգամ `շարժվող բլոկի միջոցով, որը պահում է հարթակը բեռով: Այնուհետև մենք պարանը քաշում ենք մեկ այլ ֆիքսված բլոկի միջով: Այս տեսակի մեխանիզմը 3 անգամ ուժ է տալիս, սա տարօրինակ տարբերակ է: Մենք օգտագործում ենք պարզ կանոնԻնչքան պարան է գալիս բեռից, այդպիսին է մեր ուժը: Պարանի երկարության մեջ մենք կորցնում ենք ճիշտ այնքան անգամ, որքան ուժի ձեռքբերումը:

Նկ.6

Նկ.7

Նկ.8

Լուսանկարը (նկ. 8) ցույց է տալիս, որ դինամոմետրը ցույց է տալիս մոտավորապես 1,5 Ն ուժ: Սխալը որոշվում է շարժվող բլոկի և հարթակի քաշով: Բեռից երեք պարան է գալիս։

Բլոկային համակարգ, որը տալիս է ուժի 4 անգամ աճ .

Այս ճախարակի համակարգը օգտագործում է երկու շարժական և երկու ֆիքսված ճախարակ: Այս համադրությունը ուժի քառապատիկ աճ է տալիս: (նկ.9 և նկ.10):

Բրինձ. 9

Նկ.10

Լուսանկարը (նկ. 10) ցույց է տալիս, որ այս տեղադրումը տալիս է ուժի 4 անգամ ավելացում, դինամոմետրը ցույց է տալիս մոտավորապես 1 N-ի հավասար ուժ: Բեռից բխող չորս պարան կա:

Եզրակացություն:

Շարժական և ֆիքսված ճախարակների համակարգը, որը բաղկացած է պարաններից և ճախարակներից, թույլ է տալիս արդյունավետ ուժ ձեռք բերել երկարությունը կորցնելու ժամանակ: Մենք օգտագործում ենք մի պարզ կանոն՝ մեխանիկայի ոսկե կանոն. քանի պարան է բեռից գալիս, այդպիսին է մեր ուժի ձեռքբերումը: Պարանի երկարության մեջ մենք կորցնում ենք ճիշտ այնքան անգամ, որքան ուժի ձեռքբերումը: Մեխանիկայի այս ոսկե կանոնի շնորհիվ դուք կարող եք մեծ բեռներ բարձրացնել առանց մեծ ջանք գործադրելու:

Իմանալով այս կանոնըհնարավոր է ստեղծել բլոկների համակարգեր՝ շղթայական ամբարձիչներ, որոնք թույլ են տալիս ուժ ձեռք բերել n-րդ քանակմեկ անգամ. Հետևաբար, բլոկները և բլոկային համակարգերը լայնորեն օգտագործվում են մեր կյանքի տարբեր ոլորտներում: Պշարժվող և ֆիքսված բլոկները լայնորեն օգտագործվում են ավտոմոբիլային փոխանցման մեխանիզմներում: Բացի այդ, բլոկներն օգտագործվում են շինարարների կողմից մեծ և փոքր բեռներ բարձրացնելու համար (Օրինակ, շենքերի արտաքին ճակատները վերանորոգելիս շինարարները հաճախ աշխատում են օրորոցում, որը կարելի է տեղափոխել հարկերի միջև: Հատակի աշխատանքն ավարտելուց հետո աշխատողները կարող են. արագ տեղափոխեք օրորոցը վերևի հատակին՝ օգտագործելով և միայն սեփական ուժը): Բլոկները այնքան տարածված են դարձել դրանց հավաքման և դրանց հետ աշխատելու հեշտության պատճառով:

Առայժմ մենք կենթադրենք, որ բլոկի և մալուխի զանգվածը, ինչպես նաև բլոկում շփումը կարող են անտեսվել: Այս դեպքում մալուխի լարվածության ուժը կարող ենք համարել նույնը նրա բոլոր մասերում։ Բացի այդ, մենք կենթադրենք, որ մալուխը չի երկարաձգվում, և դրա զանգվածը աննշան է:

Ֆիքսված բլոկ

Ուժի ուղղությունը փոխելու համար օգտագործվում է անշարժ բլոկ: Նկ. 24.1, և ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է օգտագործել անշարժ բլոկ՝ ուժի ուղղությունը հակառակը փոխելու համար: Այնուամենայնիվ, նրա օգնությամբ դուք կարող եք փոխել ուժի ուղղությունը, ինչպես ցանկանում եք:

Գծե՛ք անշարժ բլոկի կիրառման դիագրամ, որը կարող է օգտագործվել ուժի ուղղությունը 90°-ով պտտելու համար:

Արդյո՞ք անշարժ բլոկը ապահովում է ուժի ավելացում: Եկեք նայենք դրան՝ օգտագործելով Նկ. 24.1, ա. Մալուխը ձգվում է ձկնորսի կողմից մալուխի ազատ ծայրին կիրառվող ուժով: Մալուխի լարվածության ուժը մալուխի երկայնքով մնում է անփոփոխ, հետևաբար մալուխի կողքից բեռի (ձկան) վրա գործում է նույն մեծության ուժ։ Հետևաբար, անշարժ բլոկը ուժի ավելացում չի ապահովում:

Անշարժ բլոկ օգտագործելիս բեռը բարձրանում է նույնքան, որքան իջեցվում է մալուխի ծայրը, որի վրա ձկնորսը ուժ է կիրառում: Սա նշանակում է, որ անշարժ բլոկ օգտագործելով՝ մենք ոչ հաղթում ենք, ոչ էլ պարտվում ճանապարհին։

Շարժական բլոկ

Եկեք փորձը դնենք

Թեթև շարժական բլոկով բեռ բարձրացնելիս կնկատենք, որ եթե շփումը ցածր է, ապա բեռը բարձրացնելու համար պետք է կիրառենք բեռի քաշից մոտավորապես 2 անգամ փոքր ուժ (նկ. 24.3): Այսպիսով, շարժական բլոկը տալիս է 2 անգամ ամրություն:

Բրինձ. 24.3. Շարժվող բլոկ օգտագործելիս մենք 2 անգամ ուժ ենք ստանում, բայց ճանապարհին նույնքան անգամ կորցնում ենք

Այնուամենայնիվ, ուժի կրկնակի ձեռքբերման համար ճանապարհին դուք պետք է վճարեք նույն կորուստով. բեռը, օրինակ, 1 մ-ով բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է բլոկի վրայով նետված մալուխի ծայրը բարձրացնել 2 մ-ով:

Այն փաստը, որ շարժվող բլոկը կրկնակի ուժեղացում է տալիս, կարելի է ապացուցել առանց փորձի դիմելու (տե՛ս ստորև բերված «Ինչու՞ է շարժվող բլոկը կրկնակի ուժեղացում է տալիս» բաժինը):

Ամենից հաճախ իշխանություն ձեռք բերելու համար օգտագործվում են պարզ մեխանիզմներ։ Այսինքն՝ դրա համեմատ ավելի մեծ քաշը տեղափոխելու համար ավելի քիչ ուժ կիրառելով։ Միևնույն ժամանակ, ուժի ձեռքբերումները «անվճար» չեն ձեռք բերվում։ Դրա համար վճարելու գինը հեռավորության վրա կորուստ է, այսինքն՝ պետք է ավելի մեծ շարժում անել, քան առանց պարզ մեխանիզմ օգտագործելու։ Այնուամենայնիվ, երբ ուժերը սահմանափակ են, ապա ուժի համար «առևտրային» հեռավորությունը ձեռնտու է:

Շարժական և ֆիքսված բլոկները երկու տեսակի պարզ մեխանիզմներ են: Բացի այդ, դրանք փոփոխված լծակ են, որը նույնպես պարզ մեխանիզմ է։

Ֆիքսված բլոկուժի ավելացում չի տալիս, պարզապես փոխում է իր կիրառման ուղղությունը։ Պատկերացրեք, որ դուք պետք է պարան բարձրացնեք ծանր բեռվերև. Դուք ստիպված կլինեք քաշել այն: Բայց եթե դուք օգտագործում եք անշարժ բլոկ, ապա դուք ստիպված կլինեք ցած քաշել, մինչ բեռը բարձրանում է: Այս դեպքում ձեզ համար ավելի հեշտ կլինի, քանի որ անհրաժեշտ ուժը բաղկացած կլինի մկանային ուժից և ձեր քաշից։ Առանց անշարժ բլոկի կիրառման, նույն ուժը պետք է կիրառվեր, բայց դա կհասցվեր բացառապես մկանային ուժի միջոցով:

Ֆիքսված բլոկը պարանի համար ակոսով անիվ է: Անիվը ամրացված է, այն կարող է պտտվել իր առանցքի շուրջ, բայց չի կարող շարժվել։ Ճոպանի (մալուխի) ծայրերը կախված են, մեկի վրա բեռ է ամրացվում, մյուսի վրա ուժ է գործադրվում։ Եթե ​​մալուխը ցած քաշեք, բեռը բարձրանում է:

Քանի որ ուժի մեջ շահ չկա, հեռավորության վրա կորուստ չկա: Բեռի բարձրացման հեռավորությունը, պարանը պետք է իջեցվի նույն հեռավորության վրա:

Օգտագործումը շարժվող բլոկտալիս է ուժի ավելացում երկու անգամ (իդեալական): Սա նշանակում է, որ եթե բեռի կշիռը F է, ապա այն բարձրացնելու համար պետք է կիրառվի F/2 ուժ։ Շարժվող բլոկը բաղկացած է նույն անիվից՝ մալուխի համար ակոսով: Այնուամենայնիվ, մալուխի մի ծայրը ամրացված է այստեղ, իսկ անիվը շարժական է: Անիվը շարժվում է բեռի հետ:

Բեռի կշիռը վայրընթաց ուժ է: Այն հավասարակշռված է երկու վերընթաց ուժերով. Մեկը ստեղծվում է հենարանով, որին կցված է մալուխ, իսկ մյուսը՝ մալուխի ձգումով։ Մալուխի լարվածության ուժը երկու կողմից նույնն է, ինչը նշանակում է, որ բեռի քաշը հավասարապես բաշխված է նրանց միջև։ Հետեւաբար, յուրաքանչյուր ուժը 2 անգամ պակաս է բեռի քաշից:

Իրական իրավիճակներում ուժի ավելացումը 2 անգամից պակաս է, քանի որ բարձրացնող ուժը մասամբ «վնասվում» է պարանի և բլոկի քաշի, ինչպես նաև շփման վրա:

Շարժվող բլոկը, չնայած ուժի գրեթե կրկնակի աճին, տալիս է հեռավորության կրկնակի կորուստ: Բեռը որոշակի բարձրության h բարձրացնելու համար բլոկի յուրաքանչյուր կողմի պարանները պետք է նվազեն այս բարձրությամբ, այսինքն՝ ընդհանուրը 2ժ է։

Սովորաբար օգտագործվում են ֆիքսված և շարժական բլոկների համակցություններ՝ ճախարակի բլոկներ: Նրանք թույլ են տալիս ձեռք բերել ուժ և ուղղություն: Որքան շատ շարժվող բլոկներ լինեն շղթայի ամբարձիչում, այնքան մեծ է ամրության շահույթը: