Bibliogrāfiskais apraksts:  Šumeiko A. V., Vetashenko O. G. Mūsdienu skats uz vienkāršo “bloķēšanas” mehānismu, kas pētīts fizikas mācību grāmatās 7. klasei // Jaunais zinātnieks. - 2016. - Nr. 2. - S. 106-113. 07.07.2019.).

  Fizikas mācību grāmatas 7. klasei, studējot vienkāršu bloķēšanas mehānismu, atšķirīgi interpretē iegūtos rezultātus spēks, paceļot kravu ar izmantojot šo mehānismu, piemēram: mācību grāmata Pyoryshkina A. B. laimests in spēks tiek sasniegts ar izmantojot bloka riteni, uz kuru darbojas sviras spēki, un mācību grāmatā Gendenstein L. E. To pašu ieguvumu iegūst ar izmantojot kabeli, uz kura darbojas kabeļa spriegošanas spēks. Dažādas mācību grāmatas, dažādi priekšmeti un dažādi spēki - lai iegūtu laimestu in spēks, paceļot kravu. Tāpēc šī raksta mērķis ir meklēt objektus un spēki ar ar kuru palielinās spēks, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu.

Atslēgas vārdi:

Vispirms iepazīsimies un salīdzināsim, kā tiek iegūts stiprums, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu fizikas mācību grāmatās 7. klasei. Šajā nolūkā tabulā mēs ievietosim mācību grāmatu izrakstus ar vienādiem jēdzieniem.

Apkopojot tekstu un skaitļu iepazīšanos un salīdzināšanu mācību grāmatās:

Liecības par spēka palielināšanos mācību grāmatā A. Poroškina tiek veikta uz bloka riteņa, un darbojošais spēks ir sviras spēks; paceļot kravu, fiksētais bloks nedod stiprības pieaugumu, un kustīgais bloks dod stiprības pieaugumu 2 reizes. Nav minēts kabelis, uz kura kravas karājas fiksētajā blokā, un pārvietojamā vienība ar kravu.

No otras puses, L. E. Gendenshteina mācību grāmatā stiprības pieauguma pierādījumi tiek veikti uz kabeļa, uz kura nokarājas slodze vai pārvietojama vienība ar slodzi, un darbojošais spēks ir kabeļa spriegošanas spēks; paceļot kravu, fiksēts bloks var iegūt stiprību divkārtīgi, taču bloka riteņa svira netiek pieminēta.

Meklējot literatūru ar aprakstu par spēka palielināšanos blokā un kabeli, tika iegūts akadēmiķa G. S. Landsberga rediģētais “Fizikas pamata mācību grāmata” 88. paragrāfā. Vienkāršām mašīnām 168.-175. Lappusē ir doti apraksti: "vienkāršs bloks, dubultā bloks, vārti, skriemeļa bloks un diferenciālis". Patiešām, tā konstrukcijā “dubultā bloks dod stiprības pieaugumu, paceļot kravu, pateicoties atšķirībai starp bloku rādiusa garumu”, ar kuru tiek pacelta krava, un “ķēdes pacēlājs virves dēļ palielina spēku, paceļot kravu. , vairākās daļās, no kurām piekārusi krava. ” Tādējādi bija iespējams noskaidrot, kāpēc tiek pacelts stiprums, paceļot kravu, atsevišķi bloku un trosi (virvi), taču nebija iespējams noskaidrot, kā bloks un kabelis mijiedarbojas viens ar otru un pārnest kravas svaru viens otram, jo \u200b\u200bslodzi var piekārt uz kabeļa. , un kabelis tiek izmests virs bloka, vai krava var pakārties blokam, un bloks karājas uz kabeļa. Izrādījās, ka kabeļa spriegošanas spēks ir nemainīgs un darbojas visā kabeļa garumā, tāpēc kravas svara pārsūtīšana ar kabeli uz bloku notiks katrā kabeļa un bloka saskares vietā, kā arī uz bloku apturētās kravas svara pārvietošana uz kabeli. Lai noskaidrotu vienības mijiedarbību ar kabeli, mēs veiksim eksperimentus par enerģijas iegūšanu mobilajā blokā, paceļot kravu, izmantojot skolas fizikas kabineta aprīkojumu: dinamometrus, laboratorijas blokus un slodžu komplektu 1N (102 g). Mēs sākam eksperimentus ar mobilo ierīci, jo mums ir trīs dažādas versijas, kā iegūt jaudu šai vienībai. Pirmā versija ir “180. att. Pārvietojama vienība kā svira ar nevienlīdzīgiem pleciem ”- A. Poroškinas mācību grāmata, otrā“ 24.5. Att. ... divi identiski kabeļa spriegošanas spēki F ”- saskaņā ar L. Hendenšteina mācību grāmatu un visbeidzot trešā“ 145. att. Polyspast ”. . Kravas celšana ar pārvietojamu ķēdes pacēlāja sprostu uz vairākām vienas virves daļām - saskaņā ar G. Landsberga mācību grāmatu.

Pieredze Nr. 1. “183. att.”

Veikt eksperimentu Nr. 1, iegūstot spēku pārvietojamajā blokā ar “sviru ar OAB nevienādām rokām 180. att.” Saskaņā ar mācību grāmatu A. Poroškina, mobilajā blokā “183. att.” 1. pozīcijā uzvelciet sviru ar nevienmērīgiem OAV pleciem, kā uz “180. att.” un sāciet kravas pacelšanu no 1. stāvokļa uz 2. pozīciju. Šajā brīdī vienība sāk griezties pretēji pulksteņa rādītāja virzienam ap savu asi punktā A un punktā B - sviras galā, aiz kuras paceļas pacēlājs aiz pusloka, gar kuru kabelis no apakšas saliecas ap pārvietojamo bloku. O punkts - sviras atbalsta punkts, kas ir jānostiprina, iet uz leju, sk. "183. att." - 2. pozīcija, tas ir, svira ar nevienlīdzīgiem pleciem OAB mainās kā svira ar vienādiem pleciem (tie paši ceļi iet caur punktiem O un B).

Balstoties uz datiem, kas iegūti eksperimentā Nr. 1 par pārvietojamā bloka OAB sviras stāvokļa izmaiņām, paceļot preces no 1. pozīcijas uz 2. pozīciju, mēs varam secināt, ka pārvietojamā bloka attēlojums kā sviru ar nevienlīdzīgiem pleciem "180. att.", Paceļot slodze ar bloka rotāciju ap savu asi atbilst svirai ar vienādiem pleciem, kas nedod stiprības pieaugumu, paceļot kravu.

Mēs sākam eksperimentu Nr. 2, piestiprinot dinamometrus pie kabeļa galiem, uz kuriem mēs pakārt kustamu vienību ar svaru 102 g, kas atbilst smagumam 1 N. Viens no kabeļa galiem tiks piestiprināts pie balstiekārtas, un mēs pacelsim mobilās vienības slodzi kabeļa otrā galā. Pirms pacelšanas abu dinamometru rādījumi pie 0,5 N, pacelšanas sākumā dinamometra rādījumi, kuriem pacelšana notiek, mainījās uz 0,6 N un palika tādi pacelšanas laikā, pacelšanas beigās rādījumi atgriezās pie 0,5 N. Dinamometra rādījumi fiksēti fiksētai suspensijai pacēluma laikā nemainījās un palika vienāds ar 0,5 N. Analizēsim eksperimenta rezultātus:

1. Pirms pacelšanas, kad uz pārvietojama bloka karājas 1 N (102 g) krava, kravas svars tiek sadalīts uz visu riteni un ar visu riteņa pusloku tiek pārnests uz kabeli, kas apņem bloku no apakšas.
2. Pirms abu dinamometru rādījumu pacelšanas pie 0,5 N, kas norāda kravas svara sadalījumu 1 N (102 g) divās kabeļa daļās (pirms un pēc bloka) vai ka kabeļa spriegošanas spēks ir 0,5 N, un tas pats visā kabeļa garumā (kas sākumā ir vienāds kabeļa galā) - abi šie apgalvojumi ir patiesi.

Salīdzināsim pieredzes Nr. 2 analīzi ar mācību grāmatu versijām par spēka iegūšanu 2 reizes ar kustīgu bloku. Sāksim ar apgalvojumu Gendenstein L.E mācību grāmatā “... ka blokam tiek pielikti trīs spēki: uz leju vērstās kravas P svars un uz augšu vērsti divi identiski kabeļa spriegošanas spēki (24.5. Att.).” Paziņojums, ka kravas svars “Fig. 14.5 ”tika sadalīts divās kabeļa daļās pirms un pēc bloka, jo kabeļa stiepes spēks ir viens. Atliek analizēt parakstu “181. att.” No A. V. Poroškina mācību grāmatas “Kustīgu un fiksētu bloku kombinācija - skriemeļa bloks”. Ierīces un ieguvuma spējas apraksts, paceļot kravu, ar ķēdes pacēlāju ir sniegts elementārās fizikas mācību grāmatā, ed. G. Lansbergs, kur teikts: “Katrs virvju gabals starp blokiem darbosies ar kustīgu slodzi ar spēku T, un visi virves gabali darbosies ar spēku nT, kur n ir virves atsevišķo sekciju skaits, kas savieno abas bloka daļas.” Izrādās, ka, ja stiprības pieaugumu piemērojam “181. att.” Ar “virvi, kas savieno ķēdes bloku abas daļas” no G. Landsberga Elementārās fizikas mācību grāmatas, tad kustīgā bloka stiprināšanas stiprinājuma apraksts attiecīgi “179. attēlā un attiecīgi att. 180 ”ir kļūda.

Pēc četru fizikas mācību grāmatu analīzes mēs varam secināt, ka esošais jaudas iegūšanas apraksts, izmantojot vienkāršu bloķēšanas mehānismu, neatbilst reālajai situācijai un tāpēc ir nepieciešams jauns vienkārša bloķēšanas mehānisma darbības apraksts.

Vienkārša celšanas iekārta  sastāv no bloka un virves (virves vai ķēdes).

Šī celšanas mehānisma bloki ir sadalīti:

pēc dizaina vienkāršs un sarežģīts;

ar kravas pacelšanas metodi pārvietojoties un nekustīgi.

Sāksies iepazīšanās ar bloku dizainu vienkāršs bloks, kas ir ritenis, kas rotē ap savu asi, ar rievu ap kabeļa (virves, ķēdes) apkārtmēru, 1. att., un to var uzskatīt par vienlīdzīgu roku, kurā spēku pleci ir vienādi ar riteņa rādiusu: ОА \u003d ОВ \u003d r. Šāda vienība nedod stiprības pieaugumu, bet ļauj mainīt kabeļa (virves, ķēdes) kustības virzienu.

Divkāršs bloks  sastāv no diviem dažādu rādiusu blokiem, kas ir stingri savstarpēji savienoti un uzstādīti uz 2. attēlā redzamās kopējās ass. Bloku r1 un r2 rādiuss ir atšķirīgs un, paceļot kravu, darbojas kā svira ar nevienlīdzīgiem pleciem, un stiprības pieaugums būs vienāds ar lielāku diametru bloka rādiusa garuma attiecību pret mazāka diametra bloku F \u003d P · r1 / r2.

Vārteja sastāv no cilindra (bungas) un tam piestiprināta roktura, kas darbojas kā liela diametra bloks. Apkakles piešķirto spēka pieaugumu nosaka ar roktura aprakstītā apļa R rādiusa attiecību pret cilindra r rādiusu r, uz kura virve ir ietīta F \u003d P · r / R.

Pārejam pie metodes pacelšanai blokos. No konstrukcijas apraksta visiem blokiem ir ass, ap kuru tie griežas. Ja bloka ass ir fiksēta un, paceļot preces, nepaceļas un nekrīt, tad šādu bloku sauc fiksēts bloksvienkāršs bloks, dubultā bloks, vārti.

Plkst ritošais bloksass paceļas un nokrīt ar slodzi 10. att., un tā galvenokārt paredzēta, lai novērstu kabeļa sagraušanu kravas apturēšanas vietā.

Iepazīsimies ar ierīci un vienkārša celšanas mehānisma otrās daļas pacelšanas metodi - trosi, virvi vai ķēdi. Kabelis ir savīti no tērauda stieples, virve ir savīti no pavedieniem vai dzīslām, un ķēde sastāv no savstarpēji savienotām saitēm.

Kravas apturēšanas un jaudas palielināšanas veidi, paceļot kravu ar kabeli:

Att. 4, krava tiek fiksēta vienā kabeļa galā, un, ja jūs paceļat kravu otrā kabeļa galā, tad šīs kravas pacelšanai būs nepieciešams spēks, kas ir nedaudz lielāks par kravas svaru, jo spēkā esoša vienkārša pastiprināšanas vienība nedod F \u003d P.

5. attēlā darba ņēmējs sevi paceļ pa kabeli, kurš noliecas ap vienkāršu bloku, un sēdeklis, uz kura sēž darbinieks, ir piestiprināts kabeļa pirmās daļas vienā galā, un darbinieks sevi paceļ par otro kabeļa daļu ar spēku, kas ir 2 reizes mazāks par viņa svaru, jo strādnieka svars tika sadalīts pa divām kabeļa daļām - pirmo no sēdekļa uz bloku un otro no bloka uz darbinieka rokām F \u003d P / 2.

Att. 6, divi strādnieki paceļ kravu ar diviem kabeļiem, un kravas svars vienmērīgi tiek sadalīts starp kabeļiem, tāpēc katrs strādnieks pacels kravu ar pusi no kravas svara F \u003d P / 2.

7. attēlā strādnieki paceļ kravu, kas karājas uz viena kabeļa divām daļām, un kravas svars tiek vienmērīgi sadalīts starp šī kabeļa daļām (kā starp diviem kabeļiem), un katrs darbinieks pacels kravu ar spēku, kas vienāds ar pusi no kravas svara F \u003d P / 2.

8. att. Kabeļa gals, kuram viens no strādniekiem pacēla kravu, tika fiksēts uz fiksētas balstiekārtas, un kravas svars tika sadalīts divās kabeļa daļās un kad darbinieks pacēla kravu, kabeļa otrais gals tika dubultots, un spēks, ar kuru darbinieks paceltu kravu mazāks svars F \u003d P / 2, un slodze būs 2 reizes lēnāka.

9. attēlā slodze karājas uz 3 viena kabeļa daļām, kuru viens gals ir fiksēts, un stiprības pieaugums, paceļot kravu, būs 3, jo kravas svars tiks sadalīts trīs kabeļa daļās F \u003d P / 3.

Lai novērstu saraušanos un samazinātu berzes spēku, kravas apturēšanas vietā tiek uzstādīts vienkāršs bloks, un kravas mainīšanai nepieciešamais spēks nav mainījies, jo vienkāršais bloks nedod 10. un 11. attēla stiprības pieaugumu, un pats bloks tiks saukts kustīgs bloks, jo šī bloka ass paceļas un krītas līdz ar slodzi.

Teorētiski slodzi var apturēt uz neierobežotu viena kabeļa daļu skaitu, taču tās praktiski ir ierobežotas līdz sešām daļām, un šādu celšanas mehānismu sauc skriemeļa bloks, kas sastāv no nekustīga un pārvietojama turētāja ar vienkāršiem blokiem, kurus pārmaiņus saliek ar kabeli, vienā galā piestiprina pie fiksēta turētāja, un slodze tiek pacelta kabeļa otrajā galā. Stiprības pieaugums ir atkarīgs no kabeļa daļu skaita starp fiksētajiem un pārvietojamajiem skavām, kā likums, tas ir 6 kabeļa daļas, un jaudas pieaugums ir 6 reizes.

Rakstā apskatīta bloku un kabeļa mijiedarbība reālajā laikā, paceļot kravu. Esošā prakse, nosakot, ka “fiksēts bloks nedod spēka pieaugumu, bet kustams bloks dod stiprības pieaugumu 2 reizes” kļūdaini interpretēja kabeļa un bloka mijiedarbību pacelšanas mehānismā un neatspoguļoja visu bloku konstrukcijas dažādību, kā rezultātā tika izstrādātas vienpusējas kļūdainas idejas par bloķēt. Salīdzinot ar esošajiem materiāla apjomiem bloka vienkāršā mehānisma izpētei, raksta apjoms palielinājās par 2 reizēm, taču tas ļāva skaidri un saprotami izskaidrot vienkāršajā kravas celšanas mehānismā notiekošos procesus ne tikai studentiem, bet arī skolotājiem.

Atsauces:

1. Poroškins, A. V. Fizika, 7. klase .: mācību grāmata / A. V. Poroškins.- 3. izd., Papild.- M .: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. 61.§. Aizņemto līdzekļu līdzsvara noteikuma piemērošana blokam, 181. – 183. Lpp.
2. Gendenšteins, L.E., fizika. 7. klase. Pēc 2 stundām, 1. daļa. Mācību grāmata izglītības iestādēm / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; kas atrodas V. A. Orlova, I. I. Roisen, 2. red., Red. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 lpp .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. 24.§. Vienkārši mehānismi, 188. – 196. Lpp.
3. Fizikas mācību grāmata, kuru rediģējis akadēmiķis G. S. Landsbergs. 1. sējums. Mehānika. Siltums. Molekulārā fizika, 10. izdevums, Maskava: Nauka, 1985. § 84. Vienkāršās mašīnas, 168. – 175. Lpp.
4. Gromovs, S. V. Fizika: mācību grāmata. uz 7 cl. vispārējā izglītība. iestādes / S. V. Gromovs, N. A. Rodina.- 3. ed. - M .: Izglītība, 2001.-158 s ,: slims. ISBN-5–09–010349–6. 22.§. Bloks, 55.-57.lpp.

Atslēgas vārdi: bloks, dubultā bloks, fiksēts bloks, kustīgs bloks, skriemeļa bloks..

Anotācija:   Fizikas mācību grāmatas 7. klasei, kad tiek pētīts vienkāršs bloka mehānisms, stipruma pieaugumu interpretē atšķirīgi, paceļot kravu, izmantojot šo mehānismu, piemēram: A. V. Periškina mācību grāmatā spēka palielinājums tiek panākts ar bloka riteņa palīdzību, uz kuru darbojas sviras spēki, un Gendenshtein L. E. mācību grāmatā tādu pašu ieguvumu iegūst ar kabeļa palīdzību, uz kuru iedarbojas kabeļa spriegošanas spēks. Dažādas mācību grāmatas, dažādi mācību priekšmeti un dažādi spēki - lai iegūtu smagumu, paceļot kravu. Tāpēc šī raksta mērķis ir meklēt objektus un spēkus, ar kuru palīdzību tiek iegūts spēka pieaugums, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu.

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.

Pētījuma uzdevuma ziņojums

“Bloku sistēmas izpēte, kas dod stiprības palielinājumu 2, 3, 4 reizes”

7. klases studenti.

Jaroslavļas 76. vidusskola

Darba tēma: Bloku sistēmas izpēte, kas dod stiprības palielinājumu 2, 3, 4 reizes.

Darba mērķis: Izmantojot bloku sistēmas, iegūstiet spēka palielinājumu 2, 3, 4 reizes.

Iekārtas   pārvietojami un fiksēti bloki, statīvi, sajūga kājas, atsvari, virve.

Darba plāns:

Izpētīt teorētisko materiālu par tēmu “Vienkāršie mehānismi. Bloki ";

Apkopojiet un aprakstiet instalāciju aprakstu - bloķējiet sistēmas, kuru stiprums palielinās 2, 3, 4 reizes.

Eksperimenta rezultātu analīze;

Secinājums

“Nedaudz par blokiem”

Mūsdienu tehnoloģijās tiek plaši izmantoti celšanas mehānismi, kuru neaizstājamās sastāvdaļas var saukt par vienkāršiem mehānismiem. Starp tiem senākie cilvēces izgudrojumi ir bloki. 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.

Fizikas stundās mēs pētām kustamu un nekustīgu bloku. Izmantojot fiksēto bloku, jūs varat mainīt spēka virzienu. Kustīgs bloks - samazinājums dod spēka palielinājumu 2 reizes.Fiksēts bloks Arhimēds to uzskatīja par vienlīdzīgu roku. Spēka moments, kas iedarbojas uz fiksētā bloka vienu pusi, ir vienāds ar spēka momentu, kas tiek piemērots otrā bloka pusē. Spēki, kas rada šos mirkļus, ir vienādi. Un mobilais bloks Archimedes paņēma nevienlīdzīgu sviru. Saistībā ar rotācijas centru ir spēka momenti, kuriem jābūt vienādiem līdzsvara stāvoklī.

Bloku rasējumi:

2. Instalāciju montāža - bloku sistēmas, kas iegūst stiprības pakāpi 2, 3 un 4 reizes.

Darbā mēs izmantojam kravas,kura svars ir 4 N   (3. att.).

Att. 3

Izmantojot pārvietojamus un fiksētus blokus, mūsu komanda salika šādas vienības:

2 reizes bloku sistēma   (4. un 5. attēls).

Šajā bloku sistēmā tiek izmantoti pārvietojami un fiksēti bloki. Šāda kombinācija dod spēku palielinājumu divreiz. Tāpēc punktam A jāpieliek spēks, kas vienāds ar pusi no kravas svara.

4. att

5. att

Fotoattēlā (5. att.) Redzams, ka šis iestatījums dod stiprības palielinājumu 2 reizes, dinamometrs rāda spēku aptuveni 2 N. Divas virves nāk no kravas. Bloku svars netiek ņemts vērā.

3 reizes bloku sistēma . 6. un 7. attēls

Šajā bloku sistēmā tiek izmantoti divi pārvietojami un fiksēti bloki. Šāda kombinācija dod trīs reizes lielāku spēku. Mūsu instalācijas darbības princips ar reizinājumu 3 (jaudas palielinājums 3 reizes) izskatās tāds, kā parādīts attēlā. Virves gals ir piestiprināts pie platformas, pēc tam virve tiek izmesta caur fiksētu bloku. Vēlreiz caur pārvietojamo bloku, kas notur platformu ar kravu. Tad mēs izvelk virvi caur citu fiksētu bloku. Šāda veida mehānisms dod stiprības palielinājumu 3 reizes, tā ir nepāra iespēja. Mēs izmantojam vienkāršu noteikumu: cik virvju nāk no kravas, tāds ir mūsu spēka ieguvums. Virves garumā mēs zaudējam tieši tik reizes, cik reižu ir spēka pieaugums.

6. att

7. att

8. att

Fotoattēlā (8. att.) Redzams, ka dinamometrs rāda spēku aptuveni 1,5 N. Kļūda norāda kustīgās vienības un platformas svaru. No kravas nāk trīs virves.

4 reizes bloku sistēma .

Šajā bloku sistēmā tiek izmantoti divi pārvietojami un divi fiksēti bloki. Šāda kombinācija dod četrkārtīgu spēka pieaugumu. (9. un 10. att.).

Att. 9

10. att

Fotoattēlā (10. att.) Redzams, ka šis iestatījums dod stiprības palielinājumu četrkārtīgi, dinamometrs rāda spēku aptuveni 1 N. Četras virves nāk no kravas.

Secinājums:

Kustīgu un fiksētu bloku sistēma, kas sastāv no virvēm un blokiem, ļauj uzvarēt efektīvā izturībā ar zaudējumu garumā. Mēs izmantojam vienkāršu noteikumu - mehānikas zelta likumu: cik virvju nāk no kravas, tas ir mūsu spēka ieguvums. Virves garumā mēs zaudējam tieši tik reizes, cik reižu ir spēka pieaugums. Pateicoties šim zelta mehānikas likumam, ir iespējams pacelt lielas masas kravas, nepieliekot lielas pūles.

Zinot šo noteikumu, jūs varat izveidot bloku sistēmas - polyspast, kas ļauj uzvarēt spēkos n-tās reizes. Tāpēc blokus un bloku sistēmas plaši izmanto dažādās mūsu dzīves jomās. Lpppārvietojamie un fiksētie bloki tiek plaši izmantoti automašīnu pārnesumos. Turklāt blokus celtnieki izmanto, lai paceltu lielas un mazas kravas (Piemēram, remontējot ēku ārējās fasādes, celtnieki bieži strādā šūpulī, kas var pārvietoties starp stāviem. Pabeidzot darbu uz grīdas, strādnieki var ātri pārvietot šūpulīti uz augstāku stāvu, izmantojot kamēr tikai viņu pašu spēks). Bloki ir tik plaši izplatīti, pateicoties to montāžas vienkāršībai un ērtībai strādāt ar tiem.

Pagaidām mēs pieņemam, ka bloka un kabeļa masa, kā arī berze blokā var tikt atstāta novārtā. Šajā gadījumā kabeļa spriegošanas spēku visās tā daļās var uzskatīt par vienādu. Turklāt mēs uzskatīsim kabeli par neizteiksmīgu, un tā masa ir niecīga.

Fiksēts bloks

Fiksēto bloku izmanto, lai mainītu spēka virzienu. Att. 24.1., A parāda, kā izmantot fiksēto bloku, lai mainītu spēka virzienu. Tomēr ar tās palīdzību jūs varat mainīt spēka virzienu, kā vēlaties.

Uzzīmējiet fiksēta bloka izmantošanas shēmu, ar kuru jūs varat pagriezt spēka virzienu par 90 °.

Vai fiksēts bloks dod spēku? Apsveriet to, izmantojot piemēru, kas parādīts 3. attēlā. 24,1 a. Kabeli velk ar spēku, ko zvejnieks pieliek brīvajam kabeļa galam. Kabeļa spriegošanas spēks paliek nemainīgs gar kabeli, tāpēc no kabeļa puses slodzi (zivis) ietekmē tas pats modulo spēks. Tāpēc fiksēts bloks nedod stiprības pieaugumu.

Izmantojot fiksētu vienību, slodze palielinās tik daudz, cik nokrīt kabeļa gals, uz kuru zvejnieks pieliek spēku. Tas nozīmē, ka, izmantojot fiksētu bloku, mēs ceļā neuzvaram un nezaudējam.

Pārvietojama vienība

Ievietojiet pieredzi

Paceļot kravu ar viegli pārvietojama bloka palīdzību, mēs atzīmējam, ka, ja berze ir maza, tad kravas pacelšanai ir jāpieliek spēks, kas ir aptuveni 2 reizes mazāks par kravas svaru (24.3. Att.). Tādējādi pārvietojamā vienība palielina spēku 2 reizes.

Att. 24.3. Lietojot mobilo ierīci, mēs uzvarējam 2 reizes ar spēku, bet ceļā zaudējam tikpat reizes

Tomēr par divkāršu stiprības iegūšanu jums ir jāmaksā tie paši zaudējumi ceļā: lai paceltu kravu, piemēram, par 1 m, jums jāpaaugstina kabeļa gals, kas izmests virs bloka, par 2 m.

Faktu, ka kustīgais bloks dod divkāršu spēka pieaugumu, var pierādīt, neizmantojot pieredzi (sk. Zemāk sadaļu "Kāpēc kustīgais bloks dod divkāršu spēka pieaugumu?").

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.