Penerangan bibliografi: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Pandangan moden mengenai mekanisme "blok" mudah, dipelajari dalam buku teks fizik untuk gred 7 // Saintis muda. 2016. No. 2. P. 106-113..07.2019).

Buku teks fizik untuk gred 7, apabila mengkaji mekanisme blok mudah, mentafsir kemenangan dengan cara yang berbeza daya apabila mengangkat beban dari menggunakan mekanisme ini, contohnya: dalam Buku teks Peryshkin A. B. kemenangan dalam kekuatan dicapai dengan menggunakan roda blok, di mana daya tuil bertindak, dan dalam buku teks Gendenstein L. E. kemenangan yang sama diperolehi dengan menggunakan kabel, yang tertakluk kepada daya tegangan kabel. Buku teks berbeza, mata pelajaran berbeza dan kuasa yang berbeza - untuk menerima kemenangan dalam daya semasa mengangkat beban. Oleh itu, tujuan artikel ini adalah untuk mencari objek dan kekuatan, dengan melalui mana kemenangan diperoleh daya, apabila mengangkat beban dengan mekanisme blok mudah.

Kata kunci:

Pertama, mari kita lihat dan bandingkan bagaimana keuntungan dalam kekuatan diperoleh apabila mengangkat beban dengan mekanisme blok mudah, dalam buku teks fizik untuk gred ke-7 Untuk tujuan ini, kami akan meletakkan petikan daripada teks buku teks dengan konsep yang sama dalam jadual untuk kejelasan.

Mari kita ringkaskan ulasan dan perbandingan teks dan gambar dalam buku teks:

Bukti mendapatkan keuntungan dalam kekuatan dalam buku teks oleh A. V. Peryshkin dijalankan pada roda blok dan daya bertindak adalah daya tuil; Apabila mengangkat beban, blok pegun tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, tetapi blok alih memberikan keuntungan 2 kali ganda berkuat kuasa. Tidak ada menyebut tentang kabel di mana beban tergantung pada blok tetap dan blok alih dengan beban.

Sebaliknya, dalam buku teks oleh Gendenstein L.E., bukti keuntungan berkuat kuasa dijalankan pada kabel di mana beban atau blok alih dengan beban tergantung dan daya bertindak ialah daya tegangan kabel; apabila mengangkat beban, blok pegun boleh memberikan peningkatan kekuatan 2 kali ganda, tetapi tidak ada sebutan dalam teks tuil pada roda blok.

Pencarian untuk kesusasteraan yang menerangkan keuntungan berkuat kuasa menggunakan blok dan kabel membawa kepada "Buku Teks Fizik Asas", disunting oleh Academician G. S. Landsberg, dalam §84. Mesin ringkas pada ms. 168–175 menerangkan: “bongkah mudah, bongkah berganda, get, takal dan blok pembezaan.” Sesungguhnya, dengan reka bentuknya, "blok berganda memberikan keuntungan dalam kekuatan apabila mengangkat beban, disebabkan oleh perbezaan panjang jejari blok" dengan bantuan beban diangkat, dan "blok takal memberikan penambahan kekuatan apabila mengangkat beban, disebabkan oleh tali, pada beberapa bahagian yang beban tergantung.” Oleh itu, adalah mungkin untuk mengetahui mengapa blok dan kabel (tali) memberikan keuntungan dalam kekuatan apabila mengangkat beban, tetapi tidak mungkin untuk mengetahui bagaimana blok dan kabel berinteraksi antara satu sama lain dan memindahkan berat beban antara satu sama lain, kerana beban boleh digantung pada kabel, dan kabel dilemparkan ke atas blok atau beban boleh digantung pada blok, dan blok digantung pada kabel. Ternyata daya tegangan kabel adalah malar dan bertindak sepanjang keseluruhan kabel, jadi pemindahan berat beban oleh kabel ke blok akan berada pada setiap titik hubungan antara kabel dan blok. , serta pemindahan berat beban yang digantung pada blok ke kabel. Untuk menjelaskan interaksi blok dengan kabel, kami akan menjalankan eksperimen untuk mendapatkan keuntungan berkuat kuasa dengan blok bergerak apabila mengangkat beban, menggunakan peralatan bilik darjah fizik sekolah: dinamometer, blok makmal dan satu set pemberat dalam 1N (102 g). Mari kita mulakan eksperimen dengan blok bergerak, kerana kita mempunyai tiga versi berbeza memperoleh keuntungan dalam kuasa dengan blok ini. Versi pertama ialah “Gamb.180. Blok bergerak sebagai tuil dengan lengan yang tidak sama" - buku teks oleh A. V. Peryshkin, yang kedua "Rajah 24.5... dua daya ketegangan yang sama bagi kabel F" - menurut buku teks oleh L. E. Gendenstein dan akhirnya "Rajah 145 . Mengangkat beban dengan klip takal alih pada beberapa bahagian satu tali - menurut buku teks oleh G. S. Landsberg.

Pengalaman No. 1. "Gamb. 183"

Untuk menjalankan eksperimen No. 1, mendapatkan keuntungan dalam kekuatan pada blok bergerak "dengan tuil dengan bahu yang tidak sama OAB Rajah 180" mengikut buku teks oleh A. V. Peryshkin, pada blok alih "Rajah 183" kedudukan 1, lukis tuil dengan bahu yang tidak sama OAB, seperti dalam "Rajah 180", dan mula mengangkat beban dari kedudukan 1 ke kedudukan 2. Pada masa yang sama, blok mula berputar, melawan arah jam, mengelilingi paksinya pada titik A, dan titik B , hujung tuil di belakang tempat lif berlaku, keluar melepasi separuh bulatan di mana kabel mengelilingi blok bergerak dari bawah. Titik O - fulcrum tuil, yang sepatutnya pegun, turun, lihat "Rajah 183" - kedudukan 2, iaitu tuil dengan bahu yang tidak sama OAB berubah seperti tuil dengan bahu yang sama (titik O dan B melalui yang sama. laluan).

Berdasarkan data yang diperolehi dalam eksperimen No. 1 tentang perubahan kedudukan tuas OAB pada blok bergerak apabila mengangkat beban dari kedudukan 1 ke kedudukan 2, kita boleh membuat kesimpulan bahawa perwakilan blok bergerak sebagai tuas dengan lengan yang tidak sama. dalam "Rajah 180", apabila mengangkat beban, dengan putaran blok di sekeliling paksinya, sepadan dengan tuil dengan lengan yang sama, yang tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan apabila mengangkat beban.

Kami akan memulakan percubaan No. 2 dengan melampirkan dinamometer pada hujung kabel, di mana kami akan menggantung blok bergerak dengan beban seberat 102 g, yang sepadan dengan daya graviti 1 N. Kami akan menetapkan salah satu hujung kabel pada penggantungan, dan menggunakan hujung kabel yang lain kami akan mengangkat beban pada blok bergerak. Sebelum pendakian, bacaan kedua-dua dinamometer adalah 0.5 N setiap satu pada permulaan pendakian, bacaan dinamometer yang mana pendakian berlaku berubah kepada 0.6 N, dan kekal begitu semasa pendakian; bacaan kembali kepada 0.5 N. Bacaan dinamometer, ditetapkan untuk penggantungan tetap tidak berubah semasa kenaikan dan kekal sama dengan 0.5 N. Mari kita menganalisis keputusan eksperimen:

1. Sebelum mengangkat, apabila beban 1 N (102 g) tergantung pada blok alih, berat beban diagihkan ke seluruh roda dan dipindahkan ke kabel, yang mengelilingi blok dari bawah, menggunakan seluruh separuh bulatan roda.
2. Sebelum mengangkat, bacaan kedua-dua dinamometer ialah 0.5 N, yang menunjukkan pengagihan berat beban 1 N (102 g) ke dalam dua bahagian kabel (sebelum dan selepas blok) atau bahawa daya tegangan kabel ialah 0.5 N, dan adalah sama di sepanjang keseluruhan panjang kabel (sama pada permulaan, sama pada hujung kabel) - kedua-dua pernyataan ini adalah benar.

Mari kita bandingkan analisis eksperimen No. 2 dengan versi buku teks tentang mendapatkan keuntungan 2 kali ganda dalam kekuatan menggunakan blok bergerak. Mari kita mulakan dengan pernyataan dalam buku teks oleh Gendenstein L.E. “... bahawa tiga daya dikenakan pada blok: berat beban P, diarahkan ke bawah, dan dua daya tegangan yang sama pada kabel, diarahkan ke atas (Rajah 24.5) .” Adalah lebih tepat untuk mengatakan bahawa berat beban dalam "Gamb. 14.5" telah diagihkan kepada dua bahagian kabel, sebelum dan selepas blok, kerana daya tegangan kabel adalah satu. Ia tetap menganalisis tandatangan di bawah "Rajah 181" dari buku teks oleh A. V. Peryshkin "Gabungan blok bergerak dan tetap - blok takal." Penerangan mengenai peranti dan penambahan kekuatan apabila mengangkat beban dengan takal diberikan dalam Buku Teks Fizik Asas, ed. Lansberg G.S. di mana dikatakan: “Setiap helai tali di antara bongkah akan bertindak pada beban bergerak dengan daya T, dan semua kepingan tali akan bertindak dengan daya nT, di mana n ialah bilangan bahagian berasingan tali yang menghubungkan kedua-duanya. bahagian blok.” Ternyata jika kita menggunakan "Rajah 181" keuntungan yang berkuat kuasa dengan "tali yang menghubungkan kedua-dua bahagian" takal dari Buku Teks Fizik Elementary oleh G. S. Landsberg, maka perihalan keuntungan yang berkuat kuasa dengan blok bergerak dalam "Rajah 179" dan, oleh itu, Rajah 180" akan menjadi ralat.

Setelah menganalisis empat buku teks fizik, kita boleh menyimpulkan bahawa penerangan sedia ada untuk mendapatkan keuntungan dalam kekuatan dengan mekanisme blok mudah tidak sepadan. keadaan sebenar hal ehwal dan oleh itu memerlukan penerangan baharu tentang pengendalian mekanisme blok mudah.

Mekanisme mengangkat mudah terdiri daripada blok dan kabel (tali atau rantai).

Blok mekanisme mengangkat ini dibahagikan kepada:

dengan reka bentuk menjadi mudah dan kompleks;

mengikut kaedah mengangkat beban menjadi beban alih dan pegun.

Mari kita mula berkenalan dengan reka bentuk blok dengan blok mudah, iaitu roda yang berputar mengelilingi paksinya, dengan alur mengelilingi lilitan untuk kabel (tali, rantai) Rajah 1 dan ia boleh dianggap sebagai tuas sama bersenjata di mana lengan daya adalah sama dengan jejari roda: OA=OB=r. Blok sedemikian tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, tetapi membolehkan anda menukar arah pergerakan kabel (tali, rantai).

Blok berganda terdiri daripada dua blok jejari berbeza, diikat dengan tegar dan dipasang pada paksi sepunya dalam Rajah 2. Jejari bongkah r1 dan r2 adalah berbeza dan, apabila mengangkat beban, mereka bertindak seperti tuil dengan bahu yang tidak sama, dan keuntungan dalam daya akan sama dengan nisbah panjang jejari bongkah diameter yang lebih besar kepada bongkah berdiameter lebih kecil F = Р·r1/r2.

Pintu gerbang terdiri daripada silinder (drum) dan pemegang yang dilekatkan padanya, yang bertindak sebagai bongkah berdiameter besar Keuntungan dalam daya yang diberikan oleh kolar ditentukan oleh nisbah jejari bulatan R yang diterangkan oleh pemegang kepada jejari. silinder r di mana tali dililit F = Р r/ R.

Mari kita beralih kepada kaedah mengangkat beban dengan blok. Daripada penerangan reka bentuk, semua blok mempunyai paksi di sekelilingnya. Jika paksi bongkah itu tetap dan tidak naik atau turun apabila mengangkat beban, maka bongkah tersebut dipanggil blok tetap satu blok, dua blok, pintu pagar.

U blok bergerak gandar naik dan turun bersama-sama dengan beban (Rajah 10) dan ia bertujuan terutamanya untuk menghapuskan lenturan kabel di tempat di mana beban digantung.

Mari kita berkenalan dengan peranti dan kaedah mengangkat beban; bahagian kedua mekanisme mengangkat mudah ialah kabel, tali atau rantai. Kabel diperbuat daripada wayar keluli, tali diperbuat daripada benang atau helai, dan rantai terdiri daripada pautan yang disambungkan antara satu sama lain.

Kaedah untuk menggantung beban dan mendapatkan kekuatan apabila mengangkat beban dengan kabel:

Dalam Rajah. 4, beban ditetapkan pada satu hujung kabel, dan jika anda mengangkat beban pada hujung kabel yang lain, maka untuk mengangkat beban ini anda memerlukan daya yang lebih besar sedikit daripada berat beban, kerana blok mudah keuntungan dalam kekuatan tidak memberikan F = P.

Dalam Rajah 5, pekerja mengangkat beban dengan kabel yang mengelilingi blok mudah dari atas pada satu hujung bahagian pertama kabel terdapat tempat duduk di mana pekerja duduk, dan pada bahagian kedua kabel; pekerja mengangkat dirinya dengan daya 2 kali kurang daripada beratnya, kerana berat pekerja diagihkan kepada dua bahagian kabel, yang pertama - dari tempat duduk ke blok, dan yang kedua - dari blok ke tangan pekerja F = P/2.

Dalam Rajah 6, beban diangkat oleh dua pekerja menggunakan dua kabel dan berat beban akan diagihkan sama rata antara kabel dan oleh itu setiap pekerja akan mengangkat beban dengan daya separuh berat beban F = P/ 2.

Dalam Rajah 7, pekerja sedang mengangkat beban yang tergantung pada dua bahagian satu kabel dan berat beban akan diagihkan sama rata antara bahagian kabel ini (seperti antara dua kabel) dan setiap pekerja akan mengangkat beban dengan daya sama dengan separuh berat beban F = P/2.

Dalam Rajah 8, hujung kabel, yang mana salah seorang pekerja mengangkat beban, diikat pada penggantungan pegun, dan berat beban diagihkan kepada dua bahagian kabel, dan apabila pekerja mengangkat beban pada hujung kedua kabel, daya yang digunakan oleh pekerja untuk mengangkat beban adalah dua kali ganda kurang berat beban F = P/2 dan mengangkat beban akan menjadi 2 kali lebih perlahan.

Dalam Rajah 9, beban tergantung pada 3 bahagian satu kabel, satu hujungnya tetap dan keuntungan berkuat kuasa apabila mengangkat beban akan sama dengan 3, kerana berat beban akan diagihkan ke atas tiga bahagian kabel F = P/3.

Untuk menghapuskan selekoh dan mengurangkan daya geseran, blok mudah dipasang di tempat di mana beban digantung dan daya yang diperlukan untuk mengangkat beban tidak berubah, kerana blok mudah tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan (Rajah 10). dan Rajah 11), dan blok itu sendiri akan dipanggil blok bergerak, kerana paksi blok ini naik dan turun bersama-sama dengan beban.

Secara teorinya, beban boleh digantung pada bilangan yang tidak terhad bahagian satu kabel, tetapi dalam praktiknya ia terhad kepada enam bahagian dan mekanisme pengangkatan sedemikian dipanggil angkat rantai, yang terdiri daripada klip tetap dan boleh alih dengan blok ringkas, yang dikelilingi oleh kabel secara bergantian, satu hujung dipasang pada klip tetap, dan beban diangkat menggunakan hujung kabel yang lain. Keuntungan dalam kekuatan bergantung pada bilangan bahagian kabel antara sangkar tetap dan alih; sebagai peraturan, ia adalah 6 bahagian kabel dan keuntungan dalam kekuatan adalah 6 kali.

Artikel itu mengkaji interaksi kehidupan sebenar antara blok dan kabel semasa mengangkat beban. Amalan sedia ada dalam menentukan bahawa "blok tetap tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, tetapi blok alih memberikan keuntungan berkuat kuasa sebanyak 2 kali ganda" telah tersilap mentafsir interaksi kabel dan blok dalam mekanisme mengangkat dan tidak mencerminkan kepelbagaian penuh reka bentuk blok, yang membawa kepada pembangunan idea salah satu sisi tentang blok itu. Berbanding dengan jumlah bahan sedia ada untuk mengkaji mekanisme blok mudah, volum artikel telah meningkat sebanyak 2 kali ganda, tetapi ini memungkinkan untuk menerangkan dengan jelas dan difahami proses yang berlaku dalam mekanisme mengangkat mudah bukan sahaja kepada pelajar, tetapi juga. kepada guru-guru.

kesusasteraan:

1. Pyryshkin, A.V. Fizik, gred ke-7: buku teks / A.V. ed., tambahan - M.: Bustard, - 224 p. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Penggunaan peraturan keseimbangan tuil pada bongkah, ms 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fizik. darjah 7. Pada pukul 2 petang Bahagian 1. Buku Teks untuk institusi pendidikan/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; diedit oleh V. A. Orlova, I. I. Roizen - ed. ke-2, disemak. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 p.: sakit. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Mekanisme mudah, ms 188–196.
3. Buku teks asas fizik, disunting oleh ahli akademik G. S. Landsberg Jilid 1. Mekanik. Haba. Fizik molekul - edisi ke-10 - M.: Nauka, 1985. § 84. Mesin ringkas, ms 168–175.
4. Gromov, S. V. Fizik: Buku Teks. untuk darjah 7. pendidikan umum institusi / S. V. Gromov, N. A. Rodina - edisi ke-3. - M.: Pendidikan, 2001.-158 hlm.,: ill. ISBN-5–09–010349–6. §22. Blok, ms.55 -57.

Kata kunci: bongkah, bongkah dua, bongkah tetap, bongkah alih, bongkah takal..

Anotasi: Buku teks fizik untuk gred ke-7, apabila mengkaji mekanisme blok mudah, mentafsir dengan cara yang berbeza keuntungan berkuat kuasa apabila mengangkat beban menggunakan mekanisme ini, sebagai contoh: dalam buku teks oleh A. V. Peryshkin, keuntungan berkuat kuasa dicapai menggunakan roda blok, di mana daya tuil bertindak, dan dalam buku teks oleh Gendenstein L.E, keuntungan yang sama diperoleh dengan bantuan kabel, yang bertindak oleh daya tegangan kabel. Buku teks yang berbeza, objek yang berbeza dan daya yang berbeza - untuk mendapatkan keuntungan dalam kekuatan apabila mengangkat beban. Oleh itu, tujuan artikel ini adalah untuk mencari objek dan daya dengan bantuan yang mendapat keuntungan dalam kekuatan apabila mengangkat beban dengan mekanisme blok mudah.

4.1. Unsur statik

4.1.7. Beberapa mekanisme mudah: blok

Peranti yang direka untuk menggerakkan (menaikkan, menurunkan) beban menggunakan roda dan benang yang dilemparkan melaluinya, yang mana beberapa daya dikenakan, dipanggil blok. Terdapat blok tetap dan boleh alih.

Bongkah-bongkah itu direka bentuk untuk menggerakkan beban seberat P → menggunakan daya F → dikenakan pada tali yang dibaling di atas roda.

Untuk sebarang jenis blok(pegun dan mudah alih) keadaan keseimbangan dipenuhi:

d 1 F = d 2 P,

di mana d 1 ialah lengan daya F → dikenakan pada tali; d 2 - lengan daya P → (berat beban yang digerakkan menggunakan blok ini).

DALAM blok tetap(Rajah 4.8) lengan daya F → dan P → adalah sama dan sama dengan jejari bongkah:

d 1 = d 2 = R,

oleh itu, modul daya adalah sama antara satu sama lain:

F = P.

nasi. 4.8

Menggunakan bongkah pegun, jasad seberat P → boleh digerakkan dengan mengenakan daya F → , yang magnitudnya bertepatan dengan berat beban.

Dalam blok bergerak (Rajah 4.9), lengan daya F → dan P → adalah berbeza:

d 1 = 2R dan d 2 = R,

di mana d 1 ialah lengan daya F → dikenakan pada tali; d 2 - lengan daya P → (berat beban yang digerakkan menggunakan blok ini),

oleh itu, modul daya mematuhi kesaksamaan:

nasi. 4.9

Menggunakan bongkah alih, jasad seberat P → boleh digerakkan dengan menggunakan daya F →, yang nilainya separuh berat beban.

Blok membolehkan anda menggerakkan badan pada jarak tertentu:

• blok pegun tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan; ia hanya mengubah arah daya yang dikenakan;
• bongkah alih memberikan keuntungan 2 kali ganda dalam kekuatan.

Walau bagaimanapun, kedua-dua blok alih dan tetap jangan beri kemenangan kerja: berapa kali kita menang dalam kekuatan, berapa kali kita kalah dalam jarak (“ Peraturan Emas» mekanik).

Contoh 22. Sistem ini terdiri daripada dua blok tanpa berat: satu boleh alih dan satu pegun. Jisim 0.40 kg digantung dari paksi bongkah yang bergerak dan menyentuh lantai. Daya tertentu dikenakan pada hujung bebas tali yang dilemparkan ke atas bongkah pegun seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Di bawah pengaruh daya ini, beban naik dari pegun ke ketinggian 4.0 m dalam 2.0 s. Cari magnitud daya yang dikenakan pada tali itu.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T ′ − m g = m a ,

a = 2 F − m g m .

Laluan yang dilalui oleh beban bertepatan dengan ketinggiannya di atas permukaan lantai dan dikaitkan dengan masa pergerakannya t oleh formula

atau mengambil kira ungkapan untuk modul pecutan

h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Mari kita nyatakan daya yang diperlukan dari sini:

F = m (h t 2 + g 2)

dan hitung nilainya:

F = 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) = 2.4 N.

Contoh 23. Sistem ini terdiri daripada dua blok tanpa berat: satu boleh alih dan satu pegun. Beban tertentu digantung dari paksi blok tetap seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Di bawah pengaruh daya malar yang dikenakan pada hujung bebas tali, beban mula bergerak dengan pecutan malar dan bergerak ke atas pada jarak 3.0 m dalam 2.0 s. Semasa pergerakan beban, daya yang dikenakan membangunkan kuasa purata 12 W. Cari jisim beban.

Penyelesaian . Daya yang bertindak ke atas bongkah alih dan pegun ditunjukkan dalam rajah.

Dua daya T → bertindak pada bongkah pegun dari sisi tali (di kedua-dua belah bongkah); Di bawah pengaruh kuasa-kuasa ini, tiada pergerakan ke hadapan blok. Setiap daya yang ditunjukkan adalah sama dengan daya F → digunakan pada hujung tali:

Tiga daya bertindak pada blok yang bergerak: dua daya tegangan tali T → ′ (pada kedua-dua belah blok) dan berat beban P → = m g → ; di bawah pengaruh kuasa-kuasa ini, blok (bersama-sama dengan beban yang digantung daripadanya) bergerak ke atas dengan pecutan.

Mari kita tulis hukum kedua Newton untuk blok bergerak dalam bentuk:

2 T → ′ + P → = m a → ,

atau dalam unjuran ke paksi koordinat, diarahkan menegak ke atas,

2 T ′ − m g = m a ,

di mana T ' ialah modulus daya tegangan tali; m ialah jisim beban (jisim blok bergerak dengan beban); g - modul pecutan jatuh bebas; a ialah modul pecutan blok (beban mempunyai pecutan yang sama, jadi kita akan bercakap lebih lanjut tentang pecutan beban).

Modulus daya tegangan tali T ' adalah sama dengan modulus daya T:

oleh itu, modulus pecutan beban ditentukan oleh ungkapan

a = 2 F − m g m .

Sebaliknya, pecutan beban ditentukan oleh formula untuk jarak yang dilalui:

di mana t ialah masa pergerakan kargo.

Kesaksamaan

2 F − m g m = 2 S t 2

membolehkan kita mendapatkan ungkapan untuk modulus daya yang dikenakan:

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

Beban bergerak secara seragam dipercepatkan, jadi modulus kelajuannya ditentukan oleh ungkapan

v = pada,

dan kelajuan purata ialah

〈 v 〉 = S t = a t 2 .

Magnitud kuasa sederhana, dibangunkan oleh daya gunaan, ditentukan oleh formula

〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ,

atau mengambil kira ungkapan untuk modulus daya dan kelajuan purata:

〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

Dari sini kami menyatakan jisim yang diperlukan:

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2) .

Mari kita gantikan ungkapan untuk pecutan (a = 2S /t 2) ke dalam formula yang terhasil:

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

dan mari buat pengiraan:

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

Laporan tugasan penyelidikan

"Kajian sistem blok yang memberikan keuntungan dalam kekuatan 2, 3, 4 kali ganda"

pelajar darjah 7.

sekolah Menengah No 76, Yaroslavl

Tema kerja: Mempelajari sistem bongkah yang memberi keuntungan dalam kekuatan 2, 3, 4 kali.

Matlamat kerja: Menggunakan sistem blok, dapatkan keuntungan dalam kekuatan 2, 3, 4 kali ganda.

peralatan: bongkah alih dan tetap, tripod, kaki dengan gandingan, pemberat, tali.

Pelan kerja:

Kaji bahan teori mengenai topik "Mekanisme mudah. Blok";

Kumpul dan terangkan pemasangan - sistem blok yang memberikan keuntungan dalam kekuatan 2, 3, 4 kali.

Analisis keputusan eksperimen;

Kesimpulan

"Sedikit tentang blok"

DALAM Teknologi moden mekanisme mengangkat digunakan secara meluas dan amat diperlukan komponen yang boleh dipanggil mekanisme mudah. Antaranya adalah ciptaan tertua manusia - blok. Saintis Yunani kuno Archimedes menjadikan kerja manusia lebih mudah dengan memberinya keuntungan dalam kekuatan apabila menggunakan ciptaannya, dan mengajarnya mengubah arah daya.

Bongkah ialah roda dengan alur di sekeliling lilitannya untuk tali atau rantai, paksinya dilekatkan tegar pada dinding atau rasuk siling. Alat mengangkat Biasanya, bukan satu, tetapi beberapa blok digunakan. Sistem blok dan kabel yang direka untuk meningkatkan kapasiti beban dipanggil angkat rantai.

Dalam pelajaran fizik kita mengkaji blok bergerak dan pegun. Menggunakan blok tetap, anda boleh menukar arah daya. Dan blok alih - mengurangkannya memberikan keuntungan 2 kali ganda dalam kekuatan.Blok tetapArchimedes menganggapnya sebagai tuas bersenjata yang sama. Momen daya yang bertindak pada satu sisi bongkah pegun adalah sama dengan momen daya yang dikenakan pada bahagian lain bongkah itu. Kekuatan yang mencipta detik-detik ini juga sama. Dan Archimedes mengambil blok bergerak untuk tuas bersenjata yang tidak sama. Berbanding dengan pusat putaran, momen daya bertindak, yang dalam keseimbangan mestilah sama.

Lukisan blok:

2. Pemasangan pemasangan - sistem blok yang memberikan keuntungan dalam kekuatan sebanyak 2, 3 dan 4 kali.

Dalam kerja kami, kami menggunakan beban,yang beratnya ialah 4 N (Gamb.3).

nasi. 3

Menggunakan blok boleh alih dan tetap, pasukan kami berkumpul tetapan berikut:

Sistem blok yang memberikan peningkatan kekuatan 2x ganda (Gamb.4 dan Rajah.5).

Sistem takal ini menggunakan takal boleh alih dan takal tetap. Gabungan ini menggandakan kekuatan. Oleh itu, daya yang sama dengan separuh berat beban mesti dikenakan pada titik A.

Rajah.4

Rajah.5

Gambar (Gamb. 5) menunjukkan bahawa pemasangan ini memberikan keuntungan 2 kali ganda dalam daya, dinamometer menunjukkan daya yang lebih kurang sama dengan 2 N. Terdapat dua tali yang datang dari beban. Kami tidak mengambil kira berat blok.

Sistem blok yang memberikan peningkatan kekuatan 3x ganda . Rajah.6 dan Rajah.7

Sistem takal ini menggunakan dua takal bergerak dan tetap. Gabungan ini memberikan keuntungan tiga kali ganda dalam kekuatan. Prinsip operasi pemasangan kami dengan kepelbagaian 3 (pertambahan kekuatan 3 kali ganda) kelihatan seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Hujung tali dilekatkan pada platform, kemudian tali dilemparkan ke atas blok pegun. Sekali lagi - melalui blok bergerak yang memegang platform dengan beban. Kemudian kami tarik tali melalui blok tetap lain. Mekanisme jenis ini memberikan keuntungan dalam kekuatan 3 kali ganda, ini adalah pilihan yang ganjil. Kami guna peraturan mudah: berapa banyak tali yang datang dari beban, itulah keuntungan kita dalam kekuatan. Dalam kepanjangan tali kita kehilangan sama banyaknya dengan peningkatan kekuatan.

Rajah.6

Rajah.7

Rajah 8

Gambar (Rajah 8) menunjukkan bahawa dinamometer menunjukkan daya kira-kira 1.5 N. Ralat ditentukan oleh berat blok dan platform yang bergerak. Terdapat tiga tali yang datang dari beban.

Sistem blok yang memberikan peningkatan kekuatan 4x ganda .

Sistem takal ini menggunakan dua takal boleh alih dan dua takal tetap. Gabungan ini memberikan keuntungan empat kali ganda dalam kekuatan. (Gamb.9 dan Rajah.10).

nasi. 9

Rajah.10

Gambar (Gamb. 10) menunjukkan bahawa pemasangan ini memberikan peningkatan 4 kali ganda dalam daya; dinamometer menunjukkan daya yang lebih kurang sama dengan 1 N. Terdapat empat tali yang datang dari beban.

Kesimpulan:

Sistem takal bergerak dan tetap, yang terdiri daripada tali dan takal, membolehkan anda memperoleh kekuatan yang berkesan sambil kehilangan panjang. Kami menggunakan peraturan mudah - peraturan keemasan mekanik: berapa banyak tali yang datang dari beban, itulah keuntungan kami dalam kekuatan. Dalam kepanjangan tali kita kehilangan sama banyaknya dengan peningkatan kekuatan. Terima kasih kepada peraturan keemasan mekanik ini, anda boleh mengangkat beban yang besar tanpa menggunakan banyak usaha.

Mengetahui peraturan ini adalah mungkin untuk mencipta sistem blok - pengangkat rantai, yang membolehkan anda memperoleh kekuatan dalam kuantiti ke- sekali. Oleh itu, blok dan sistem blok digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang kehidupan kita. Pblok bergerak dan tetap digunakan secara meluas dalam mekanisme penghantaran kereta. Di samping itu, blok digunakan oleh pembina untuk mengangkat beban besar dan kecil (Sebagai contoh, apabila membaiki fasad luaran bangunan, pembina sering bekerja dalam buaian yang boleh dialihkan antara lantai. Setelah selesai kerja di atas lantai, pekerja boleh cepat alihkan buaian ke lantai di atas menggunakan dan sahaja kekuatan sendiri). Blok telah menjadi begitu meluas kerana kemudahan pemasangannya dan kemudahan bekerja dengannya.

Buat masa ini, kita akan menganggap bahawa jisim blok dan kabel, serta geseran dalam blok, boleh diabaikan. Dalam kes ini, kita boleh menganggap daya tegangan kabel adalah sama di semua bahagiannya. Di samping itu, kami akan menganggap bahawa kabel tidak boleh dipanjangkan dan jisimnya boleh diabaikan.

Blok tetap

Bongkah pegun digunakan untuk menukar arah daya. Dalam Rajah. 24.1, dan menunjukkan cara menggunakan bongkah pegun untuk menukar arah daya ke arah yang bertentangan. Walau bagaimanapun, dengan bantuannya anda boleh menukar arah daya mengikut kehendak anda.

Lukiskan rajah penggunaan bongkah pegun yang boleh digunakan untuk memutarkan arah daya sebanyak 90°.

Adakah blok pegun memberikan keuntungan dalam kekuatan? Mari kita lihat ini menggunakan contoh yang ditunjukkan dalam Rajah. 24.1, a. Kabel ditegangkan oleh daya yang dikenakan oleh nelayan pada hujung kabel yang bebas. Daya tegangan kabel kekal malar di sepanjang kabel, oleh itu, dari sisi kabel, daya dengan magnitud yang sama bertindak ke atas beban (ikan). Oleh itu, blok pegun tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan.

Apabila menggunakan blok pegun, beban meningkat dengan jumlah yang sama seperti hujung kabel yang mana nelayan menggunakan daya diturunkan. Ini bermakna dengan menggunakan blok pegun, kita tidak menang atau kalah di sepanjang jalan.

Blok boleh alih

Mari letak pengalaman

Apabila mengangkat beban menggunakan blok boleh alih ringan, kita akan melihat bahawa jika geseran adalah rendah, maka untuk mengangkat beban kita mesti menggunakan daya yang lebih kurang 2 kali kurang daripada berat beban (Rajah 24.3). Oleh itu, blok alih memberikan keuntungan 2 kali ganda dalam kekuatan.

nasi. 24.3. Apabila menggunakan blok bergerak, kita mendapat 2 kali kekuatan, tetapi kehilangan bilangan kali yang sama dalam perjalanan

Walau bagaimanapun, untuk keuntungan berganda dalam kekuatan, anda perlu membayar dengan kerugian yang sama di sepanjang jalan: untuk mengangkat beban, sebagai contoh, sebanyak 1 m, anda perlu menaikkan hujung kabel yang dilemparkan ke atas blok sebanyak 2 m.

Hakikat bahawa blok bergerak memberikan keuntungan dua kali ganda dalam kekuatan boleh dibuktikan tanpa menggunakan pengalaman (lihat bahagian di bawah "Mengapa blok bergerak memberikan keuntungan dua kali ganda dalam kekuatan?").

Selalunya, mekanisme mudah digunakan untuk mendapatkan kuasa. Iaitu, menggunakan kurang daya untuk menggerakkan berat yang lebih besar berbanding dengannya. Pada masa yang sama, keuntungan dalam kekuatan tidak dicapai "secara percuma." Harga untuk membayarnya adalah kerugian dalam jarak, iaitu, anda perlu membuat pergerakan yang lebih besar daripada tanpa menggunakan mekanisme mudah. Walau bagaimanapun, apabila daya terhad, maka jarak "berdagang" untuk kekuatan adalah bermanfaat.

Blok alih dan tetap adalah dua jenis mekanisme mudah. Di samping itu, mereka adalah tuil yang diubah suai, yang juga merupakan mekanisme mudah.

Blok tetap tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, ia hanya mengubah arah penggunaannya. Bayangkan anda perlu mengangkat tali beban berat naik. Anda perlu menariknya ke atas. Tetapi jika anda menggunakan blok pegun, maka anda perlu menarik ke bawah semasa beban meningkat. Dalam kes ini, ia akan menjadi lebih mudah untuk anda, kerana kekuatan yang diperlukan akan terdiri daripada kekuatan otot dan berat badan anda. Tanpa penggunaan blok pegun, daya yang sama perlu digunakan, tetapi ia akan dicapai semata-mata melalui kekuatan otot.

Blok tetap ialah roda dengan alur untuk tali. Roda itu tetap, ia boleh berputar di sekeliling paksinya, tetapi tidak boleh bergerak. Hujung tali (kabel) digantung ke bawah, beban dipasang pada satu, dan daya dikenakan pada yang lain. Jika anda menarik kabel ke bawah, beban akan naik.

Oleh kerana tidak ada keuntungan dalam kekuatan, tidak ada kerugian dalam jarak. Jarak beban naik, tali mesti diturunkan jarak yang sama.

Penggunaan blok bergerak memberikan keuntungan dalam kekuatan dua kali (idealnya). Ini bermakna jika berat beban ialah F, maka untuk mengangkatnya, daya F/2 mesti dikenakan. Blok bergerak terdiri daripada roda yang sama dengan alur untuk kabel. Walau bagaimanapun, satu hujung kabel dipasang di sini, dan roda boleh digerakkan. Roda bergerak dengan beban.

Berat beban adalah daya ke bawah. Ia diimbangi oleh dua daya ke atas. Satu dicipta oleh sokongan yang dipasangkan kabel, dan satu lagi dengan penarikan kabel. Daya ketegangan kabel adalah sama pada kedua-dua belah, yang bermaksud bahawa berat beban diagihkan sama rata di antara mereka. Oleh itu, setiap daya adalah 2 kali kurang daripada berat beban.

Dalam situasi sebenar, keuntungan dalam kekuatan adalah kurang daripada 2 kali, kerana daya angkat sebahagiannya "terbuang" pada berat tali dan blok, serta geseran.

Blok yang bergerak, sambil memberikan keuntungan hampir dua kali ganda dalam kekuatan, memberikan kerugian berganda dalam jarak. Untuk menaikkan beban ke ketinggian tertentu h, tali pada setiap sisi blok mesti berkurangan dengan ketinggian ini, iaitu, jumlahnya ialah 2j.

Gabungan blok tetap dan boleh alih - blok takal - biasanya digunakan. Mereka membolehkan anda memperoleh kekuatan dan arahan. Lebih banyak blok bergerak yang terdapat dalam angkat rantai, lebih besar keuntungan dalam kekuatan.