Premični blok se od mirujočega razlikuje po tem, da njegova os ni fiksna in se lahko dviga in spušča skupaj z bremenom.

Slika 1. Premični blok

Všeč mi je fiksni blok, gibljivi blok je sestavljen iz istega kolesa z utorom za kabel. Vendar je en konec kabla tu pritrjen, kolo pa je premično. Kolo se premika z bremenom.

Kot je omenil Arhimed, je premični blok v bistvu vzvod in deluje na istem principu, kar daje moč zaradi razlike v ramenih.

Slika 2. Sile in sile v gibljivem bloku

Premični blok se premika skupaj z bremenom, kot bi ležal na vrvi. V tem primeru bo oporna točka v vsakem trenutku na točki stika bloka z vrvjo na eni strani, udarec obremenitve pa bo deloval v središču bloka, kjer je pritrjen na os , vlečna sila pa bo uporabljena na točki stika z vrvjo na drugi strani bloka. To pomeni, da bo rama telesne teže polmer bloka, rama naše vlečne sile pa bo premer. Pravilo trenutka bo v tem primeru izgledalo takole:

$$mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = mg/2$$

Tako premični blok daje dvojno povečanje moči.

Običajno se v praksi uporablja kombinacija fiksnega in premičnega bloka (slika 3). Fiksni blok se uporablja samo za udobje. Spreminja smer sile, kar omogoča na primer dvig bremena, medtem ko stoji na tleh, premični blok pa zagotavlja povečanje sile.

Slika 3. Kombinacija fiksnih in gibljivih blokov

Pregledali smo idealne bloke, to je tiste, pri katerih ni bilo upoštevano delovanje tornih sil. Pri realnih blokih je potrebno uvesti korekcijske faktorje. Uporabljajo se naslednje formule:

Fiksni blok

$F = f 1/2 mg $

V teh formulah: $F$ je uporabljena zunanja sila (običajno sila rok osebe), $m$ je masa bremena, $g$ je koeficient gravitacije, $f$ je koeficient upora v bloku. (za verige približno 1,05, za vrvi pa 1,1).

S pomočjo sistema premičnih in fiksnih blokov nakladalec dvigne škatlo z orodjem na višino $S_1$ = 7 m, s silo $F$ = 160 N. Kolikšna je masa škatle in koliko metrov vrvi bo treba med dvigovanjem bremena odstraniti? Kakšno delo bo zaradi tega opravil nakladalnik? Primerjajte ga z delom, opravljenim na tovoru, da ga premaknete. Zanemarimo trenje in maso gibljivega bloka.

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Premični blok daje dvojno povečanje moči in dvojno izgubo gibanja. Stacionarni blok ne zagotavlja povečanja sile, ampak spremeni svojo smer. Tako se bo uporabljena sila podvojila manjša teža obremenitev: $F = 1/2P = 1/2mg$, od koder najdemo maso škatle: $m=\frac(2F)(g)=\frac(2\cdot 160)(9,8)=32,65\ kg $

Gibanje bremena bo za polovico manjše od dolžine izbrane vrvi:

Delo, ki ga opravi nakladalnik, je enako zmnožku uporabljene sile in gibanja bremena: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Delo, opravljeno na obremenitvi:

Odgovor: Masa škatle je 32,65 kg. Dolžina izbrane vrvi je 2240 J in ni odvisna od načina dvigovanja bremena, temveč le od mase bremena in višine dviga.

Problem 2

Kakšno breme lahko dvignemo s premikajočim se blokom, ki tehta 20 N, če vrv vlečemo s silo 154 N?

Zapišimo pravilo momenta za gibljivi blok: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, kjer je $f$ korekcijski faktor za vrv.

Potem $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$

Odgovor: Teža bremena je 260 N.

Za zdaj bomo predpostavili, da lahko zanemarimo maso bloka in kabla ter trenje v bloku. V tem primeru lahko štejemo, da je natezna sila kabla enaka v vseh njegovih delih. Poleg tega bomo kabel smatrali za neraztegljivega in njegovo maso zanemarljivo.

Fiksni blok

Fiksni blok se uporablja za spreminjanje smeri sile. Na sl. 24.1 in prikazuje, kako uporabiti stacionarni blok za spremembo smeri sile v nasprotno. Vendar pa lahko z njegovo pomočjo poljubno spremenite smer sile.

Nariši diagram uporabe mirujočega bloka, s katerim lahko zasukaš smer sile za 90°.

Ali stacionarni blok zagotavlja povečanje moči? Poglejmo si to z uporabo primera, prikazanega na sl. 24.1, a. Kabel je napet s silo, ki jo ribič izvaja na prosti konec kabla. Natezna sila kabla ostane konstantna vzdolž kabla, zato s strani kabla na breme (ribe) deluje sila enake velikosti. Zato stacionarni blok ne zagotavlja povečanja moči.

Pri uporabi stacionarnega bloka se breme dvigne za toliko, kolikor se spusti konec vrvi, na katerega ribič deluje. To pomeni, da z uporabo stacionarnega bloka na poti ne zmagamo in ne izgubimo.

Premični blok

Dajmo izkušnje

Pri dvigovanju bremena z uporabo lahkega premičnega bloka opazimo, da moramo, če je trenje majhno, za dvig bremena uporabiti silo, ki je približno 2-krat manjša od teže bremena (slika 24.3). Tako premični blok daje 2-kratno povečanje moči.

riž. 24.3. Pri uporabi premikajočega bloka 2-krat pridobimo na moči, vendar na poti izgubimo enako število krat

Vendar pa morate za dvojno povečanje moči plačati z enako izgubo na poti: če želite dvigniti tovor na primer za 1 m, morate dvigniti konec kabla, vrženega čez blok, za 2 m.

Dejstvo, da premikajoči se blok dvojno poveča moč, je mogoče dokazati brez uporabe izkušenj (glejte spodnji razdelek »Zakaj premikajoči se blok dvojno poveča moč?«).

Premični blok se od mirujočega bloka razlikuje po tem, da njegova os ni fiksna in se lahko dviga in spušča skupaj z bremenom.

Slika 1. Premični blok

Tako kot fiksni blok je tudi gibljivi blok sestavljen iz istega kolesa z utorom za kabel. Vendar je en konec kabla tu pritrjen, kolo pa je premično. Kolo se premika z bremenom.

Kot je omenil Arhimed, je premični blok v bistvu vzvod in deluje na istem principu, kar daje moč zaradi razlike v ramenih.

Slika 2. Sile in sile v gibljivem bloku

Premični blok se premika skupaj z bremenom, kot bi ležal na vrvi. V tem primeru bo oporna točka v vsakem trenutku na točki stika bloka z vrvjo na eni strani, udarec obremenitve pa bo deloval v središču bloka, kjer je pritrjen na os , vlečna sila pa bo uporabljena na točki stika z vrvjo na drugi strani bloka. To pomeni, da bo rama telesne teže polmer bloka, rama naše vlečne sile pa bo premer. Pravilo trenutka bo v tem primeru izgledalo takole:

$$mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = mg/2$$

Tako premični blok daje dvojno povečanje moči.

Običajno se v praksi uporablja kombinacija fiksnega in premičnega bloka (slika 3). Fiksni blok se uporablja samo za udobje. Spreminja smer sile, kar omogoča na primer dvig bremena, medtem ko stoji na tleh, premični blok pa zagotavlja povečanje sile.

Slika 3. Kombinacija fiksnih in gibljivih blokov

Pregledali smo idealne bloke, to je tiste, pri katerih ni bilo upoštevano delovanje tornih sil. Pri realnih blokih je potrebno uvesti korekcijske faktorje. Uporabljajo se naslednje formule:

Fiksni blok

$F = f 1/2 mg $

V teh formulah: $F$ je uporabljena zunanja sila (običajno sila rok osebe), $m$ je masa bremena, $g$ je koeficient gravitacije, $f$ je koeficient upora v bloku. (za verige približno 1,05, za vrvi pa 1,1).

S pomočjo sistema premičnih in fiksnih blokov nakladalec dvigne škatlo z orodjem na višino $S_1$ = 7 m, s silo $F$ = 160 N. Kolikšna je masa škatle in koliko metrov vrvi bo treba med dvigovanjem bremena odstraniti? Kakšno delo bo zaradi tega opravil nakladalnik? Primerjajte ga z delom, opravljenim na tovoru, da ga premaknete. Zanemarimo trenje in maso gibljivega bloka.

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Premični blok daje dvojno povečanje moči in dvojno izgubo gibanja. Stacionarni blok ne zagotavlja povečanja sile, ampak spremeni svojo smer. Tako bo uporabljena sila polovica teže bremena: $F = 1/2P = 1/2mg$, od koder najdemo maso škatle: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$

Gibanje bremena bo za polovico manjše od dolžine izbrane vrvi:

Delo, ki ga opravi nakladalnik, je enako zmnožku uporabljene sile in gibanja bremena: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Delo, opravljeno na obremenitvi:

Odgovor: Masa škatle je 32,65 kg. Dolžina izbrane vrvi je 2240 J in ni odvisna od načina dvigovanja bremena, temveč le od mase bremena in višine dviga.

Problem 2

Kakšno breme lahko dvignemo s premikajočim se blokom, ki tehta 20 N, če vrv vlečemo s silo 154 N?

Zapišimo pravilo momenta za gibljivi blok: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, kjer je $f$ korekcijski faktor za vrv.

Potem $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$

Odgovor: Teža bremena je 260 N.

Poročilo o raziskovalni nalogi

"Študij sistema blokov, ki dajejo 2, 3, 4-kratno povečanje moči"

Učenci 7. razreda.

Srednja šolašt. 76, Yaroslavl

Delovna tema: Preučevanje sistema blokov, ki dajejo moč 2, 3, 4-krat.

Cilj dela: Z uporabo blokovnih sistemov povečajte moč za 2, 3, 4-krat.

Oprema: premične in fiksne kocke, stojala, noge s spojkami, uteži, vrv.

Delovni plan:

Preučite teoretično gradivo na temo " Preprosti mehanizmi. Bloki";

Zberite in opišite instalacije - sisteme blokov, ki dajejo 2-, 3-, 4-kratno povečanje trdnosti.

Analiza rezultatov eksperimenta;

Zaključek

"Malo o blokih"

IN sodobna tehnologija dvižni mehanizmi so zelo razširjeni in nepogrešljivi komponente ki jim lahko rečemo preprosti mehanizmi. Med njimi so najstarejši izumi človeštva – kocke. Starogrški znanstvenik Arhimed je človeku olajšal delo tako, da je s svojim izumom pridobil na moči in ga naučil spreminjati smer sile.

Blok je kolo z utorom po obodu za vrv ali verigo, katerega os je togo pritrjena na steno oz. stropni žarek. Dvižne naprave Običajno se ne uporablja en, ampak več blokov. Sistem blokov in kablov, namenjen povečanju nosilnosti, se imenuje verižno dvigalo.

Pri pouku fizike preučujemo premične in mirujoče bloke. Z uporabo fiksnega bloka lahko spremenite smer sile. In premični blok - njegovo zmanjšanje daje 2-kratno povečanje moči.Fiksni blokArhimed ga je obravnaval kot enakokrak vzvod. Moment sile, ki deluje na eno stran mirujočega bloka, je enak momentu sile, ki deluje na drugi strani bloka. Enake so tudi sile, ki ustvarjajo te trenutke. In Arhimed je premični blok vzel za vzvod z neenakimi kraki. Glede na središče vrtenja delujejo momenti sil, ki morajo biti v ravnotežju enaki.

Risbe blokov:

2. Montažne instalacije - sistemi blokov, ki dajejo 2, 3 in 4-krat povečanje moči.

Pri svojem delu uporabljamo breme,katerih teža je 4 N (slika 3).

riž. 3

Z uporabo premičnih in fiksnih blokov se je sestavila naša ekipa naslednje nastavitve:

Sistem blokov, ki daje 2x povečanje moči (sl. 4 in sl. 5).

Ta sistem škripcev uporablja premični in fiksni škripec. Ta kombinacija podvoji moč. Zato je treba na točko A delovati s silo, ki je enaka polovici teže bremena.

Slika 4

Slika 5

Fotografija (slika 5) to prikazuje to namestitev daje 2-kratno povečanje sile, dinamometer kaže silo približno enako 2 N. Iz bremena prihajata dve vrvi. Teže blokov ne upoštevamo.

Sistem blokov, ki daje 3-kratno povečanje moči . Sl.6 in Sl.7

Ta sistem škripcev uporablja dva premična in fiksna škripca. Ta kombinacija daje trikratno povečanje moči. Načelo delovanja naše instalacije z večkratnostjo 3 (dobitek moči 3-krat) izgleda tako, kot je prikazano na sliki. Konec vrvi je pritrjen na ploščad, nato pa se vrv vrže čez nepremični blok. Še enkrat - skozi premikajoči se blok, ki drži ploščad s tovorom. Nato potegnemo vrv skozi drug fiksni blok. Ta vrsta mehanizma daje moč 3-krat, to je nenavadna možnost. Uporabljamo preprosto pravilo: kolikor vrvi prihaja iz tovora, toliko pridobimo na moči. Pri dolžini vrvi izgubimo točno tolikokrat, kolikor pridobimo na moči.

Slika 6

Slika 7

Slika 8

Fotografija (slika 8) kaže, da dinamometer kaže silo približno 1,5 N. Napaka je določena s težo premikajočega se bloka in ploščadi. Iz tovora prihajajo tri vrvi.

Sistem blokov, ki daje 4-kratno povečanje moči .

Ta sistem škripcev uporablja dva premična in dva fiksna škripca. Ta kombinacija daje štirikratno povečanje moči. (sl. 9 in sl. 10).

riž. 9

Sl.10

Fotografija (slika 10) kaže, da ta namestitev povzroči 4-kratno povečanje sile; dinamometer kaže silo, ki je približno enaka 1 N. Iz tovora prihajajo štiri vrvi.

Zaključek:

Sistem premičnih in fiksnih škripcev, sestavljen iz vrvi in ​​škripcev, vam omogoča, da pridobite učinkovito moč in hkrati izgubite na dolžini. Uporabljamo preprosto pravilo - zlato pravilo mehanike: kolikor vrvi prihaja iz obremenitve, toliko pridobimo na moči. Pri dolžini vrvi izgubimo točno tolikokrat, kolikor pridobimo na moči. Zahvaljujoč temu zlatemu pravilu mehanike lahko dvigujete velika bremena brez večjega napora.

Vedeti to pravilo možno je izdelati sisteme blokov – verižnih dvigal, ki omogočajo pridobitev na moči v n-to količino enkrat. Zato se bloki in sistemi blokov pogosto uporabljajo na različnih področjih našega življenja. pgibljivi in ​​fiksni bloki se pogosto uporabljajo v avtomobilskih menjalnih mehanizmih. Poleg tega gradbeniki uporabljajo bloke za dvigovanje velikih in majhnih bremen (npr. pri popravilu zunanjih fasad stavb gradbeniki pogosto delajo v zibelki, ki jo je mogoče premikati med tlemi. Po končanem delu na tleh lahko delavci hitro premaknite zibelko v nadstropje z uporabo in samo lastne moči). Bloki so postali tako razširjeni zaradi enostavnosti njihove montaže in enostavnosti dela z njimi.

Bloki so razvrščeni kot enostavni mehanizmi. Skupina teh naprav, ki služijo za pretvorbo sile, poleg blokov vključuje vzvod in nagnjeno ravnino.

OPREDELITEV

Blokiraj - trdna, ki ima možnost vrtenja okoli fiksne osi.

Bloki so izdelani v obliki diskov (kolesa, nizki cilindri itd.), ki imajo utor, skozi katerega je napeljana vrv (torzo, vrv, veriga).

Blok s fiksno osjo se imenuje stacionarni (slika 1). Pri dvigovanju bremena se ne premika. Fiksni blok si lahko predstavljamo kot vzvod z enakima krakoma.

Pogoj za ravnotežje bloka je pogoj za ravnotežje momentov sil, ki delujejo nanj:

Blok na sliki 1 bo v ravnovesju, če so natezne sile niti enake:

saj so ramena teh sil enaka (OA=OB). Stacionarni blok ne zagotavlja povečanja sile, vendar vam omogoča, da spremenite smer sile. Vlečenje vrvi, ki prihaja od zgoraj, je pogosto bolj priročno kot vlečenje vrvi, ki prihaja od spodaj.

Če je masa bremena, ki je privezano na en konec vrvi, vrženo čez fiksni blok, enaka m, potem je treba, da bi ga dvignili, na drugi konec vrvi uporabiti silo F, ki je enaka:

pod pogojem, da ne upoštevamo sile trenja v bloku. Če je treba upoštevati trenje v bloku, potem vnesite koeficient upora (k), nato:

Gladka, fiksna podpora lahko služi kot zamenjava za blok. Čez takšno oporo vržemo vrv (vrv), ki drsi po opori, a se pri tem poveča sila trenja.

Stacionarni blok ne daje nobene koristi pri delu. Poti, ki jih prehodijo točke delovanja sil, so enake, enake sili, torej enake delu.

Za pridobitev moči z uporabo fiksnih blokov se uporablja kombinacija blokov, na primer dvojni blok. Ko bloki morajo imeti različnih premerov. Med seboj so nepremično povezani in nameščeni na eni osi. Na vsak blok je pritrjena vrv, tako da se lahko ovije okoli bloka ali z njega, ne da bi zdrsnila. Ramena sil bodo v tem primeru neenaka. Dvojni škripec deluje kot vzvod z različno dolgimi kraki. Slika 2 prikazuje diagram dvojnega bloka.

Ravnotežni pogoj za vzvod na sliki 2 bo formula:

Dvojni blok lahko pretvori silo. Z delovanjem manjše sile na vrv, navito okoli bloka velikega radija, dobimo silo, ki deluje s strani vrvi, navite okoli bloka manjšega radija.

Premični blok je blok, katerega os se premika skupaj z bremenom. Na sl. 2 lahko premični blok obravnavamo kot vzvod z rokami različnih velikosti. V tem primeru je točka O oporišče vzvoda. OA - krak sile; OB - krak sile. Poglejmo sl. 3. Krak sile je dvakrat večji od kraka sile, zato je za ravnovesje potrebno, da je velikost sile F polovica velikosti sile P:

Sklepamo lahko, da s pomočjo gibljivega bloka dobimo dvojno povečanje moči. Ravnotežni pogoj gibljivega bloka brez upoštevanja sile trenja zapišemo kot:

Če poskušamo upoštevati silo trenja v bloku, potem vnesemo koeficient upora bloka (k) in dobimo:

Včasih se uporablja kombinacija premičnega in fiksnega bloka. V tej kombinaciji se za udobje uporablja fiksni blok. Ne zagotavlja povečanja moči, omogoča pa spreminjanje smeri sile. Premični blok se uporablja za spreminjanje količine uporabljene sile. Če konci vrvi, ki obdaja blok, tvorijo enake kote s horizontom, potem je razmerje med silo, ki deluje na breme, in težo telesa enako razmerju med polmerom bloka in tetivo loka, ki vrv obdaja. Če sta vrvi vzporedni, bo potrebna sila, potrebna za dvig bremena, dvakrat manjša od teže dvignjenega bremena.

Zlato pravilo mehanike

Preprosti mehanizmi vam pri delu ne zmagajo. Kolikor pridobimo na moči, toliko izgubimo na razdalji. Ker je delo enako skalarnemu produktu sile in premika, se torej ne bo spremenilo pri uporabi premičnih (pa tudi mirujočih) blokov.

V obliki formule lahko "zlato pravilo" zapišemo takole:

kje je pot, ki jo prehodi točka delovanja sile – pot prehodna po točki uporaba sile.

Zlato pravilo je najpreprostejša formulacija zakona o ohranitvi energije. To pravilo velja za primere enakomernega ali skoraj enakomernega gibanja mehanizmov. Translacijske razdalje koncev vrvi so povezane s polmeri blokov ( in ) kot:

Dobimo, da je za izpolnitev "zlatega pravila" za dvojni blok potrebno, da:

Če sta sili uravnoteženi, potem blok miruje ali se giblje enakomerno.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

PRIMER 2