Termins "bloķēt" attiecas uz kāda mehāniska ierīce, kas ir veltnis, kas uzstādīts uz perpendikulāra ass.Šis veltnis vai var brīvi pārvietoties, vai tieši pretēji - ir stingri nostiprināts. Vienkāršojiet definīciju - ja veltņa rotācijas ass pārvietojas telpā, tad bloks ir pārvietojams. Uz veltņa ir rieva, kurā ir ievietota virve vai kabelis. Zemāk redzamais attēls parāda bloka izskatu.

Ja veltnis ir fiksēts, piemēram, uz griestiem, tas ir fiksēts bloks. Ja veltnis pārvietojas ar kravu, tā ir pārvietojama vienība. Vispārīgā nozīmē vienīgā atšķirība ir šī.

Mobilās vienības lietošanas jēga ir spēka pieaugums, paceļot vai pārvietojot preces un fiziskus ķermeņus. Fiksētais bloks nedod ieguvumu, tomēr tas bieži vien ievērojami vienkāršo korpusa kustību un tiek izmantots sistēmās kopā ar kustīgo bloku.

Kustīgu un fiksētu bloku izmantošana

Bloku sistēma ir visuresoša. Tie ir celtņi un dažādas ierīces preču pārvietošanai garāžā un pat modernās automašīnas piedziņas siksnas. Bieži vien bloku izmanto pat bez skaidras izpratnes, ka tas ir tas pats mehānisms.

Noteikti būvlaukumos jūs esat saskārušies ar pārvietojamiem riteņiem, kas piestiprināti celtniecības mājas augšējos stāvos. Pār šādu riteni tiek izmesta virve vai ķēde, un strādnieks, nostiprinot spaini pirmajā stāvā, paceļ to uz augšējo stāvu, pārvietojot virvi. Šis ir vienkāršs fiksēta bloka izmantošanas piemērs. Ja spainim pievienojat vēl vienu riteni, iegūstat bloku sistēmu - kustīgu un nekustīgu.

Vēl viens retāks fiksēta bloka izmantošanas piemērs. Kad cilvēks izvelk automašīnu no dubļiem, ap koku stumbru aptinot tauvas tauvu. Tas tiek darīts lielākai ērtībai, jo vilkšanas vinča viegli āķējas uz mazā kabeļa gala, kas apvilkts ap bagāžnieku. No paša šāda bloka nav nekāda labuma, un, tā kā koks negriežas ap savu asi, pretestības spēks palielina slodzi.

Šo vienkāršo mehānismu izmantošanas ap mums ir daudz.

Slavenākā ierīce, kas darbojas pēc bloku principa, ir ķēdes pacēlājs. To aktīvi izmanto celšanas mehānismos. Bloku sistēma samazina jaudu, un kopējais darbs tiek samazināts 4-8 reizes.

Problēmu risināšana ar kustīgiem un fiksētiem blokiem

Fizikas problēmu gadījumā bieži vien ir jānosaka, kāds būs kopējais stiprības pieaugums, izmantojot blokus. Studentam tiek piedāvāta sarežģīta shēma, kurā pēc kārtas ir savienoti vairāki dažādu veidu bloki.

Galvenais risināšanā  Šādi uzdevumi ir saistīti ar spēju izprast šo ierīču mijiedarbību. Katru bloku aprēķina atsevišķi un pēc tam pievieno vispārīgajai formulai. Visa uzdevuma aprēķina formula tiek apkopota pēc shēmas, kuru students sastādīja, lasot nosacījumu.

Lai labāk izprastu šādus uzdevumus, atcerieties to bloks ir sava veida svira. Uzvarētais spēks rada zaudējumu attālumā (kustīga bloka gadījumā).

Aprēķina formula ir ļoti vienkārša.

Stacionārai vienībai  F \u003d fmg, kur F ir spēks, f ir bloka pretestības koeficients, m ir kravas masa, g ir gravitācijas konstante. Citiem vārdiem sakot, F ir spēks, kas jāpieliek, lai paceltu, piemēram, kārbu no zemes, izmantojot fiksētu bloku. Kā redzat, atkarība ir tieša un nav koeficienta.

Pārvietojamajai vienībai  mums ir divkārša uzvara spēkos. Aprēķina formula ir F \u003d 0,5fmg, kur burtu apzīmējumi ir līdzīgi formulai tieši virs. Attiecīgi, lietojot pārvietojamu bloku, šāda kaste ar masu m tiks izvirzīta divreiz vieglāk ar bloku nekā izmantojot tikai savu aizmuguri.

Lūdzu, ņemiet to vērā vilkšanas koeficients  - šī ir reakcija, kas notiek blokā, pārvietojot virvi gar to. Parasti šīs vērtības tiek norādītas problēmas apstākļos vai ir tabulas vērtības. Dažreiz skolu problēmu gadījumā šie koeficienti tiek pilnībā izlaisti un netiek ņemti vērā.

Turklāt neaizmirstiet to ja spēks tiek piemērots leņķī, tad jums jāizmanto standarta metode spēku trīsstūra aprēķināšanai. Ja uzdevumā teikts, ka cilvēks velk kravu uz virves, kas atrodas 30 grādu leņķī pret horizontu, tad tas noteikti jāņem vērā un jānorāda projektēšanas shēmā.

Bloku veido viens vai vairāki riteņi (veltņi), ko iesaiņo ķēde, josta vai trose. Tāpat kā svira, vienība samazina spēku, kas nepieciešams kravas pacelšanai, bet plus tas var mainīt arī pielietotā spēka virzienu.

Par spēka iegūšanu jāmaksā attālums: jo mazāk pūļu ir nepieciešams kravas pacelšanai, jo lielāks ir ceļš, pa kuru jāiet šo piepūļu pielietošanas vietai. Bloku sistēma palielina stiprības pieaugumu, izmantojot vairāk nesošās ķēdes. Šādām enerģijas taupīšanas ierīcēm ir ļoti plašs pielietojums - no pārvietošanās līdz masīvu tērauda siju augstumam būvlaukumos līdz karodziņu pacelšanai.

Tāpat kā citu vienkāršu mehānismu gadījumā, bloka izgudrotāji nav zināmi. Lai gan ir iespējams, ka bloki pastāvēja jau iepriekš, literatūrā tie pirmoreiz pieminēti piektajā gadsimtā pirms mūsu ēras, un tie ir saistīti ar bloku izmantošanu, ko senie grieķi izmantoja uz kuģiem un teātros.

Kustīgu bloku sistēmas, kas uzstādītas uz piekaramās sliedes (attēls iepriekš)  plaši izplatīts montāžas līnijās, jo tas ievērojami atvieglo smago detaļu pārvietošanos. Pielietotais spēks (F) ir vienāds ar koeficientu, dalot kravas svaru (W) ar izmantoto ķēžu skaitu, kas to atbalsta (n).

Atsevišķi fiksēti bloki

Šis vienkāršākais bloku tips nesamazina slodzi, kas vajadzīgs kravas pacelšanai, bet tas maina pielietotā spēka virzienu, kā parādīts attēlos iepriekš un pa labi. Fiksēts bloks  karoga masta augšpusē ir vieglāk pacelt karogu, ļaujot novilkt vadu, pie kura karogs ir piestiprināts.

Atsevišķi kustīgi bloki

Atsevišķa vienība ar spēju pārvietoties samazina uz pusi spēku, kas nepieciešams kravas pacelšanai. Tomēr pielietotā spēka samazināšana uz pusi nozīmē, ka tā pielietošanas punktam jāiet divreiz garāks. Šajā gadījumā spēks ir vienāds ar pusi no svara (F \u003d 1 / 2W).

Bloķēšanas sistēmas

Izmantojot fiksētas vienības un kustīgas vienības kombināciju, pielietotais spēks ir slodžu ķēžu kopējā skaita reizinājums. Šajā gadījumā spēks ir vienāds ar pusi no svara (F \u003d 1 / 2W).

Kravas, kas ir vertikāli pacelts caur ierīci, ļauj stingri vilkt horizontālos elektriskos vadus.

Gaisvadu pacēlājs  (Attēls iepriekš) sastāv no ķēdes, kas savīta ap vienu pārvietojamu un diviem fiksētiem blokiem. Kravas pacelšanai nepieciešams spēks, kas ir tikai puse no tās svara.

Polyspast, ko parasti izmanto lielos celtņos (attēls pa labi), sastāv no kustīgu bloku komplekta, uz kuriem tiek apturēta krava, un fiksētu bloku komplekta, kas piestiprināts pie celtņa stieņa. Iegūstot spēka pieaugumu no tik daudziem blokiem, celtnis var pacelt ļoti smagas kravas, piemēram, tērauda sijas. Šajā gadījumā spēks (F) ir vienāds ar koeficientu, dalot kravas svaru (W) ar atbalsta kabeļu skaitu (n).

Lai iegūtu spēku, visbiežāk tiek izmantoti vienkārši mehānismi. Tas ir, ja ar mazāku spēku pārvietojas lielāks svars salīdzinājumā ar to. Turklāt spēka iegūšana netiek panākta “par velti”. Atmaksa par to ir attāluma zaudēšana, tas ir, jums ir jāveic vairāk kustības, nekā neizmantojot vienkāršu mehānismu. Tomēr, ja spēki ir ierobežoti, attāluma “apmaiņa” pret spēku ir izdevīga.

Pārvietojami un fiksēti bloki ir daži no vienkāršo mehānismu veidiem. Turklāt tie ir modificēta svira, kas ir arī vienkāršs mehānisms.

Fiksēts bloks  nedod spēka ieguvumu, tas vienkārši maina tā piemērošanas virzienu. Iedomājieties, ka jums ir jāpaceļ liela slodze uz virvi. Jums tas būs jāvelk uz augšu. Bet, ja jūs izmantojat fiksētu bloku, tad jums būs jāvelk uz leju, kamēr krava palielināsies. Šajā gadījumā jums būs vieglāk, jo nepieciešamo spēku veidos muskuļu spēks un jūsu svars. Neizmantojot fiksētu bloku, būtu jāpieliek tāds pats spēks, bet tas tiks sasniegts tikai muskuļu spēka dēļ.

Fiksētais bloks ir ritenis ar virvi ar virvi. Ritenis ir fiksēts, tas var griezties ap savu asi, bet nevar pārvietoties. Virves (kabeļa) gali nokarājas, vienam tiek piestiprināta krava, bet otram tiek pielikts spēks. Ja velciet kabeli uz leju, slodze palielinās.

Tā kā nav spēka pieauguma, distancē nav zaudējumu. Ja krava palielinās, virve ir jāpazemina tādā pašā attālumā.

Izmantojiet ritošais bloks dod spēku divreiz (ideālā gadījumā). Tas nozīmē, ka, ja kravas svars ir F, tad, lai to paceltu, jāpieliek spēks F / 2. Mobilā vienība sastāv no tā paša riteņa ar kabeļa gropi. Tomēr viens kabeļa gals ir nostiprināts šeit, un ritenis ir pārvietojams. Ritenis pārvietojas ar kravu.

Kravas svars ir lejupvērstais spēks. To līdzsvaro divi spēki, kas vērsti uz augšu. Vienu rada balsts, pie kura ir piestiprināts kabelis, bet otru - velkot ar kabeli. Kabeļa spriegošanas spēks ir vienāds abās pusēs, kas nozīmē, ka kravas svars ir vienādi sadalīts starp tām. Tāpēc katrs no spēkiem ir 2 reizes mazāks par kravas svaru.

Reālās situācijās spēka pieaugums ir mazāks par 2 reizēm, jo \u200b\u200bcelšanas spēks daļēji tiek "iztērēts" virves un bloka svaram, kā arī berzei.

Mobilais bloks, dodot gandrīz divkāršu spēka pieaugumu, rada dubultu attāluma zaudējumu. Lai paceltu kravu līdz noteiktam augstumam h, ir nepieciešams, lai virves katrā bloka pusē samazinātos par šo augstumu, tas ir, kopumā iegūtu 2h.

Parasti izmantojiet fiksētu un kustīgu bloku kombinācijas. Tie ļauj iegūt spēku un virzību. Jo vairāk kustīgu bloku ķēdes pacēlājā, jo lielāks spēka pieaugums.

4.1. Statiskie elementi

4.1.7. Daži vienkārši mehānismi: bloki

Ierīces, kas paredzētas kravas pārvietošanai (pacelšanai, nolaišanai), izmantojot riteni un pār to izmesto pavedienu, uz kuru tiek pielikts zināms spēks, sauc par blokiem. Atšķirt fiksētus un kustīgus blokus.

Bloki ir paredzēti, lai pārvietotu kravu, kas sver P → c, izmantojot spēku F →, kas tiek pielietots virvei, kas izmesta virs riteņa.

Par jebkura veida bloki  (nekustīgs un mobilais) līdzsvara nosacījums ir izpildīts:

d 1 F \u003d d 2 P,

kur d 1 ir spēka F → plecs, kas pielikts virvei; d 2 - spēka P → plecs (ar šīs vienības palīdzību pārvietotās kravas svars).

Iekšā fiksēts bloks  (4.8. Att.) Spēku F → un P → pleci ir vienādi un vienādi ar bloka rādiusu:

d 1 \u003d d 2 \u003d R,

tāpēc spēku moduļi ir vienādi viens ar otru:

F \u003d P.

Att. 4.8

Izmantojot fiksētu bloku, svara ķermeni P → var pārvietot, pieliekot spēku F →, kura vērtība sakrīt ar kravas svara vērtību.

Kustīgajā blokā (4.9. Attēls) spēku F → un P → pleci ir atšķirīgi:

d1 \u003d 2R un d2 \u003d R,

kur d 1 ir spēka F → plecs, kas pielikts virvei; d 2 - spēka P → plecs (ar šīs vienības palīdzību pārvietotās kravas svars),

tāpēc spēku moduļi pakļaujas vienlīdzībai:

Att. 4.9

Izmantojot pārvietojamu vienību, svara ķermeni P → var pārvietot, pieliekot spēku F →, kura vērtība ir puse no kravas svara lieluma.

Bloki ļauj novietot ķermeni noteiktā attālumā:

• fiksēts bloks nedod stiprības pieaugumu; tas maina tikai pielietotā spēka virzienu;
• mobilais bloks dod spēku 2 reizes.

Tomēr gan kustami, gan fiksēti bloki nedod peļņu  darbs: cik reizes mēs uzvaram spēkos, tik reizes zaudējam distancē (mehānikas “zelta likums”).

22. piemērs. Sistēmu veido divi bezsvara bloki: viens pārvietojams un viens nekustīgs. Krava, kas sver 0,40 kg, tiek apturēta no kustīgā bloka ass un pieskaras grīdai. Uz virves, kas izmesta virs fiksētā bloka, brīvo galu pieliek noteikts spēks, kā parādīts attēlā. Šī spēka ietekmē slodze palielinās no atpūtas stāvokļa līdz 4,0 m augstumam 2,0 s laikā. Atrodiet virvei pielietotā spēka moduli.

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

2 T ′ - m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Kravas pārklātais ceļš sakrīt ar tā augstumu virs grīdas virsmas un pēc formulas ir saistīts ar tās kustības laiku t

vai ņemot vērā paātrinājuma moduļa izteiksmi

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

Mēs šeit paužam vēlamo spēku:

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

un aprēķina tā vērtību:

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

23. piemērs. Sistēmu veido divi bezsvara bloki: viens pārvietojams un viens nekustīgs. Daļa kravas tiek apturēta no fiksētās vienības ass, kā parādīts attēlā. Iedarbojoties pastāvīgam spēkam, kas tiek virzīts uz virves brīvo galu, krava sāk kustēties ar pastāvīgu paātrinājumu un virzās uz augšu 3,0 m attālumā 2,0 s laikā. Kravas kustības laikā pieliktais spēks attīsta vidējo jaudu 12 vati. Atrodiet kravas masu.

Risinājums. Spēki, kas iedarbojas uz kustīgiem un fiksētiem blokiem, ir parādīti attēlā.

Divi spēki T → darbojas uz fiksēto bloku no virves puses (abās bloka pusēs); šo spēku ietekmē bloka translatīvās kustības nav. Katrs no šiem spēkiem ir vienāds ar spēku F →, ko pieliek virves galam:

Uz pārvietojamo bloku iedarbojas trīs spēki: divi virvju spriegošanas spēki T → ′ (abās bloka pusēs) un kravas svars P → \u003d m g →; Norādīto spēku ietekmē bloks (kopā ar no tā apturēto kravu) ar paātrinājumu virzās augšup.

Mēs uzrakstām otro Ņūtona likumu kustīgajam blokam šādā formā:

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

vai projekcijā uz koordinātu asi, kas vērsta vertikāli uz augšu,

2 T ′ - m g \u003d m a,

kur T ′ ir virves spriegojuma spēka modulis; m ir kravas masa (mobilās vienības masa ar kravu); g ir brīvā kritiena paātrinājuma modulis; a - vienības paātrinājuma modulis (kravai ir vienāds paātrinājums, tāpēc mēs runāsim par kravas paātrinājumu).

Troses spriegojuma modulis T ′ ir vienāds ar spēka moduli T:

tāpēc slodzes paātrinājuma moduli nosaka izteiksme

a \u003d 2 F - m g m.

No otras puses, kravas paātrinājumu nosaka nobrauktā attāluma formula:

kur t ir kravas pārvietošanās laiks.

Vienlīdzība

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

ļauj iegūt izteiksmi pielietotā spēka modulim:

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

Slodze pārvietojas vienmērīgi paātrināta, tāpēc tās ātruma moduli nosaka izteiksme

v \u003d plkst

un vidējais ātrums ir

〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

Vidējās jaudas vērtību, ko rada pielietotais spēks, nosaka pēc formulas

〈N〉 \u003d F 〈v〉,

vai ņemot vērā spēka moduļa un vidējā ātruma izteiksmes:

〈N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.

No šejienes mēs izsaka vēlamo masu:

m \u003d 4 t 〈N〉a (2S + g t 2).

Mēs aizvietojam paātrinājuma izteiksmi iegūtajā formulā (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〈N〉 S (2 S + g t 2)

un aprēķina:

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

Mūsdienu tehnoloģijās kravas pārvietošanas mehānismi tiek plaši izmantoti preču pārvietošanai būvlaukumos un uzņēmumos, kuru neaizstājamās sastāvdaļas ir vienkārši mehānismi. Starp tiem ir vecākie cilvēces izgudrojumi: bloks un svira. Seno grieķu zinātnieks Arhimēds atviegloja cilvēka darbu, dodot viņam spēku iegūt, izmantojot savu izgudrojumu, un iemācīja viņam mainīt spēka virzienu.

Bloks ir ritenis ar rievu ap apli virvei vai ķēdei, kuras ass ir stingri piestiprināta pie sienas vai griestu sijas.

Pacelšanas ierīces parasti izmanto nevis vienu, bet vairākus blokus. Bloku un kabeļu sistēmu, kas paredzēta celtspējas palielināšanai, sauc par ķēdes pacēlāju.

Kustīgais un fiksētais bloks ir tie paši senie vienkāršie mehānismi kā svira. Jau 212. gadā pirms mūsu ēras ar āķiem un rokturiem, kas savienoti ar blokiem, sirakūzieši sagrāba romiešu aplenkuma ieročus. Militāro transportlīdzekļu celtniecību un pilsētas aizstāvēšanu vadīja Arhimēds.

Fiksēts bloks Archimedes tiek uzskatīts par vienlīdzīgu.

Spēka moments, kas iedarbojas uz vienu bloka pusi, ir vienāds ar spēka momentu, kas tiek piemērots otrā bloka pusē. Spēki, kas rada šos mirkļus, ir vienādi.

Spēks netiek gūts, taču šāds bloks ļauj mainīt spēka virzienu, kas reizēm ir nepieciešams.

Arhimēds uztvēra mobilo bloku kā nevienlīdzīgu sviru, dodot spēka palielinājumu 2 reizes. Saistībā ar rotācijas centru ir spēka momenti, kuriem jābūt vienādiem līdzsvara stāvoklī.

Archimedes izpētīja pārvietojamā bloka mehāniskās īpašības un pielietoja to praksē. Pēc Athenaeus teiktā, "Sirakūzas tirāna Hierona uzbūvētā gigantiskā kuģa palaišanai tika izstrādātas daudzas metodes, bet mehāniķim Arhimēdam, izmantojot vienkāršus mehānismus, izdevās pārvietot kuģi ar dažu cilvēku palīdzību. Archimedes izgudroja bloku un palaida tajā milzīgu kuģi". .

Bloks nedod darba ieguvumu, apstiprinot mehānikas zelta likumu. To var viegli pārliecināt, pievēršot uzmanību attālumiem, ko nobraukusi ar roku, un svaram.

Burāšanas sporta kuģi, tāpat kā pagātnes burāšanas kuģi, burvju uzstādīšanā un vadīšanā nevar iztikt bez blokiem. Mūsdienu kuģiem nepieciešami bloki signālu celšanai, laivas.

Šī pārvietojamo un fiksēto bloku kombinācija uz elektrificētas dzelzceļa līnijas, lai pielāgotu vadu spriegojumu.

Šādu bloku sistēmu planieri var izmantot, lai paceltu savus transportlīdzekļus gaisā.