paglalarawan ng bibliograpiya: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Isang modernong pananaw sa simpleng mekanismo ng "block", na pinag-aralan sa mga aklat-aralin sa pisika para sa grade 7 // Young scientist. 2016. No. 2. P. 106-113..07.2019).

Ang mga aklat-aralin sa pisika para sa ika-7 baitang, kapag nag-aaral ng isang simpleng mekanismo ng bloke, binibigyang-kahulugan ang pagkapanalo sa iba't ibang paraan puwersa kapag nagbubuhat ng kargada mula sa gamit ang mekanismong ito, halimbawa: sa aklat-aralin ni Peryshkin A. B. panalo sa lakas ay nakakamit sa gamit ang gulong ng bloke, kung saan kumikilos ang mga puwersa ng pingga, at sa aklat-aralin ni Gendenstein L. E. ang parehong mga panalo ay nakuha sa gamit ang cable, na napapailalim sa tension force ng cable. Iba't ibang aklat-aralin, iba't ibang paksa at iba't ibang pwersa - upang makatanggap ng mga panalo sa puwersa kapag nagbubuhat ng kargada. Samakatuwid, ang layunin ng artikulong ito ay maghanap ng mga bagay at lakas, kasama kung saan nakukuha ang mga panalo puwersa, kapag nag-aangat ng isang load na may simpleng mekanismo ng block.

Mga keyword:

Una, tingnan natin at ihambing kung paano nakuha ang mga nadagdag sa lakas kapag nag-aangat ng isang load na may isang simpleng mekanismo ng block, sa mga aklat-aralin sa pisika para sa ika-7 baitang Para sa layuning ito, maglalagay kami ng mga sipi mula sa mga teksto ng aklat-aralin na may parehong mga konsepto sa isang talahanayan para sa kaliwanagan.

Ibuod natin ang pagsusuri at paghahambing ng mga teksto at larawan sa mga aklat-aralin:

Ang patunay ng pagkuha ng lakas sa aklat-aralin ni A. V. Peryshkin ay isinasagawa sa gulong ng bloke at ang kumikilos na puwersa ay ang puwersa ng pingga; Kapag nag-aangat ng isang load, ang isang nakatigil na bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas, ngunit ang isang palipat-lipat na bloke ay nagbibigay ng 2-tiklop na pagtaas sa puwersa. Walang binanggit na cable kung saan nakabitin ang load sa fixed block at movable block na may load.

Sa kabilang banda, sa aklat-aralin ni Gendenstein L.E. ang patunay ng pakinabang sa puwersa ay isinasagawa sa isang kable kung saan nakasabit ang isang load o isang movable block na may load at ang kumikilos na puwersa ay ang puwersa ng pag-igting ng kable; kapag nag-aangat ng isang load, ang isang nakatigil na bloke ay maaaring magbigay ng 2-tiklop na pagtaas sa lakas, ngunit walang binanggit sa teksto ng pingga sa block wheel.

Ang paghahanap para sa literatura na naglalarawan ng pakinabang sa puwersa gamit ang isang bloke at isang cable ay humantong sa "Elementary Textbook of Physics", na inedit ng Academician G. S. Landsberg, sa §84. Ang mga simpleng makina sa pp. 168–175 ay binibigyan ng mga paglalarawan ng: “simpleng block, double block, gate, pulley at differential block.” Sa katunayan, sa pamamagitan ng disenyo nito, "ang isang dobleng bloke ay nagbibigay ng pagtaas sa lakas kapag nag-aangat ng isang load, dahil sa pagkakaiba sa haba ng radii ng mga bloke" sa tulong kung saan ang pagkarga ay itinaas, at "isang pulley block ay nagbibigay ng isang pagtaas ng lakas kapag nagbubuhat ng kargada, dahil sa lubid, sa ilang bahagi kung saan nakabitin ang isang kargada." Kaya, posible na malaman kung bakit ang isang bloke at isang cable (lubid) ay nagbibigay ng lakas kapag nag-aangat ng isang load, ngunit hindi posible na malaman kung paano nakikipag-ugnayan ang bloke at cable sa bawat isa at inilipat ang bigat ng load sa isa't isa, dahil ang load ay maaaring masuspinde sa isang cable , at ang cable ay itinapon sa ibabaw ng block o ang load ay maaaring mag-hang sa block, at ang block ay nakabitin sa cable. Ito ay lumabas na ang tension force ng cable ay pare-pareho at kumikilos kasama ang buong haba ng cable, kaya ang paglipat ng bigat ng load ng cable sa block ay nasa bawat punto ng contact sa pagitan ng cable at block. , pati na rin ang paglipat ng bigat ng load na nasuspinde sa block sa cable. Upang linawin ang pakikipag-ugnayan ng bloke sa cable, magsasagawa kami ng mga eksperimento upang makakuha ng pakinabang sa puwersa na may gumagalaw na bloke kapag nagbubuhat ng load, gamit ang kagamitan ng isang silid-aralan sa pisika ng paaralan: mga dynamometer, mga bloke ng laboratoryo at isang hanay ng mga timbang sa 1N (102 g). Simulan natin ang mga eksperimento sa isang gumagalaw na bloke, dahil mayroon tayong tatlo iba't ibang bersyon pagkuha ng pakinabang sa kapangyarihan sa block na ito. Ang unang bersyon ay “Fig.180. Isang gumagalaw na bloke bilang isang pingga na may hindi pantay na mga armas" - aklat-aralin ni A. V. Peryshkin, ang pangalawang "Fig . Pag-aangat ng isang load na may isang movable clip ng isang pulley sa ilang bahagi ng isang lubid - ayon sa aklat-aralin ni G. S. Landsberg.

Karanasan No. 1. "Larawan 183"

Upang isagawa ang eksperimento No. 1, pagkuha ng pakinabang sa lakas sa movable block "na may isang pingga na may hindi pantay na mga balikat OAB Fig. 180" ayon sa aklat-aralin ni A. V. Peryshkin, sa movable block na "Fig 183" na posisyon 1, gumuhit isang pingga na may hindi pantay na mga balikat OAB, tulad ng sa "Fig. 180", at simulan ang pag-angat ng load mula sa posisyon 1 hanggang sa posisyon 2. Kasabay nito, ang bloke ay nagsisimulang umikot, pakaliwa, sa paligid ng axis nito sa punto A, at punto B , ang dulo ng pingga sa likod kung saan nangyayari ang pag-angat, ay lumalabas sa kabila ng kalahating bilog kung saan ang cable ay umiikot sa gumagalaw na bloke mula sa ibaba. Point O - ang fulcrum ng pingga, na dapat ay nakatigil, ay bumaba, tingnan ang "Fig 183" - posisyon 2, i.e. ang isang pingga na may hindi pantay na mga balikat ay nagbabago ang OAB tulad ng isang pingga na may pantay na mga balikat (ang mga punto O at B ay dumaan sa pareho. mga landas).

Batay sa data na nakuha sa eksperimento No. 1 sa mga pagbabago sa posisyon ng OAB lever sa gumagalaw na bloke kapag nagbubuhat ng load mula sa posisyon 1 hanggang posisyon 2, maaari nating tapusin na ang representasyon ng gumagalaw na bloke bilang isang pingga na may hindi pantay na mga braso sa "Fig. 180", kapag nag-aangat ng load, na may pag-ikot ng bloke sa paligid ng axis nito, ay tumutugma sa isang pingga na may pantay na mga armas, na hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas kapag iniangat ang pagkarga.

Sisimulan namin ang eksperimento No. 2 sa pamamagitan ng paglakip ng mga dynamometer sa mga dulo ng cable, kung saan ilalagay namin ang isang gumagalaw na bloke na may bigat na 102 g, na tumutugma sa puwersa ng grabidad na 1 N. Aayusin namin ang isa sa mga dulo ng ang cable sa isang suspensyon, at gamit ang kabilang dulo ng cable ay itataas namin ang load sa gumagalaw na bloke. Bago ang pag-akyat, ang mga pagbabasa ng parehong dinamometro ay 0.5 N bawat isa sa simula ng pag-akyat, ang mga pagbabasa ng dinamometro kung saan ang pag-akyat ay naganap sa 0.6 N, at nanatiling gayon sa panahon ng pag-akyat; ang mga pagbabasa ay bumalik sa 0.5 N. Ang mga pagbabasa ng dynamometer, na naayos para sa isang nakapirming suspensyon ay hindi nagbago sa panahon ng pagtaas at nanatiling katumbas ng 0.5 N. Suriin natin ang mga resulta ng eksperimento:

1. Bago buhatin, kapag ang isang load na 1 N (102 g) ay nakabitin sa isang movable block, ang bigat ng load ay ipinamamahagi sa buong gulong at inililipat sa cable, na umiikot sa block mula sa ibaba, gamit ang buong kalahating bilog ng gulong.
2. Bago ang pag-angat, ang mga pagbabasa ng parehong mga dynamometer ay 0.5 N, na nagpapahiwatig ng pamamahagi ng bigat ng isang load na 1 N (102 g) sa dalawang bahagi ng cable (bago at pagkatapos ng block) o na ang tension force ng cable ay 0.5 N, at pareho sa buong haba ng cable (pareho sa simula, pareho sa dulo ng cable) - pareho sa mga pahayag na ito ay totoo.

Ihambing natin ang pagsusuri ng eksperimento No. 2 sa mga bersyon ng aklat-aralin tungkol sa pagkuha ng 2-tiklop na pagtaas sa lakas gamit ang isang gumagalaw na bloke. Magsimula tayo sa pahayag sa aklat-aralin ni Gendenstein L.E. "... na tatlong pwersa ang inilalapat sa bloke: ang bigat ng kargada P, na nakadirekta pababa, at dalawang magkaparehong puwersa ng pag-igting ng cable, na nakadirekta paitaas (Fig. 24.5) .” Mas tumpak na sabihin na ang bigat ng pagkarga sa "Fig. 14.5" ay ibinahagi sa dalawang bahagi ng cable, bago at pagkatapos ng block, dahil ang tension force ng cable ay isa. Ito ay nananatiling pag-aralan ang lagda sa ilalim ng "Fig. 181" mula sa aklat-aralin ni A. V. Peryshkin "Kumbinasyon ng mga palipat-lipat at nakapirming mga bloke - pulley block." Ang isang paglalarawan ng aparato at ang pagtaas ng lakas kapag nagbubuhat ng load gamit ang pulley ay ibinibigay sa Elementary Textbook of Physics, ed. Lansberg G.S. kung saan sinasabing: “Ang bawat piraso ng lubid sa pagitan ng mga bloke ay kikilos sa isang gumagalaw na karga na may puwersang T, at lahat ng piraso ng lubid ay kumikilos nang may puwersa nT, kung saan ang n ay ang bilang ng magkahiwalay na mga seksyon ng lubid na nagkokonekta sa dalawa. mga bahagi ng bloke." Ito ay lumalabas na kung ilalapat natin sa "Fig. 181" ang pakinabang na may puwersa na may "lubid na nagkokonekta sa magkabilang bahagi" ng pulley mula sa Elementary Textbook of Physics ni G. S. Landsberg, kung gayon ang paglalarawan ng pakinabang na may puwersa na may gumagalaw na bloke sa "Fig. 179" at, nang naaayon, Fig. 180" ay magiging isang error.

Ang pagkakaroon ng pagsusuri sa apat na mga aklat-aralin sa pisika, maaari nating tapusin na ang umiiral na paglalarawan ng pagkuha ng pakinabang sa lakas sa pamamagitan ng isang simpleng mekanismo ng bloke ay hindi tumutugma. totoong sitwasyon affairs at samakatuwid ay nangangailangan ng isang bagong paglalarawan ng pagpapatakbo ng isang simpleng mekanismo ng block.

Simpleng mekanismo ng pag-aangat ay binubuo ng isang bloke at isang kable (lubid o kadena).

Ang mga bloke ng mekanismo ng pag-aangat na ito ay nahahati sa:

sa pamamagitan ng disenyo sa simple at kumplikado;

ayon sa paraan ng pagbubuhat ng mga kargada tungo sa mga movable at stationary.

Magsimula tayong maging pamilyar sa disenyo ng mga bloke na may simpleng bloke, na isang gulong na umiikot sa paligid ng axis nito, na may uka sa paligid ng circumference para sa isang cable (lubid, chain) Fig. 1 at maaari itong ituring bilang isang pantay na armadong pingga kung saan ang mga armas ng pwersa ay katumbas ng radius ng ang gulong: OA=OB=r. Ang nasabing bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas, ngunit pinapayagan kang baguhin ang direksyon ng paggalaw ng cable (lubid, kadena).

Dobleng bloke ay binubuo ng dalawang bloke ng magkaibang radii, mahigpit na pinagdikit at naka-mount sa isang karaniwang axis sa Fig. 2. Ang radii ng mga bloke r1 at r2 ay magkakaiba at, kapag nag-aangat ng isang load, kumikilos sila tulad ng isang pingga na may hindi pantay na mga balikat, at ang pakinabang sa puwersa ay magiging katumbas ng ratio ng mga haba ng radii ng bloke ng mas malaking diameter sa ang bloke ng mas maliit na diameter F = Р·r1/r2.

Gate ay binubuo ng isang silindro (drum) at isang hawakan na nakakabit dito, na gumaganap bilang isang bloke ng malaking diameter Ang pakinabang sa puwersa na ibinigay ng kwelyo ay tinutukoy ng ratio ng radius ng bilog na R na inilarawan ng hawakan sa radius. ng silindro r kung saan ang lubid ay nasugatan F = Р r/ R.

Lumipat tayo sa paraan ng pag-angat ng load na may mga bloke. Mula sa paglalarawan ng disenyo, ang lahat ng mga bloke ay may axis sa paligid kung saan sila umiikot. Kung ang axis ng bloke ay naayos at hindi tumaas o bumaba kapag nag-aangat ng mga naglo-load, kung gayon ang naturang bloke ay tinatawag nakapirming bloke single block, double block, gate.

U gumagalaw na bloke ang ehe ay tumataas at bumagsak kasama ang pagkarga (Larawan 10) at ito ay pangunahing inilaan upang maalis ang baluktot ng cable sa lugar kung saan ang load ay nasuspinde.

Kilalanin natin ang aparato at paraan ng pag-angat ng isang load; ang pangalawang bahagi ng isang simpleng mekanismo ng pag-aangat ay isang cable, lubid o chain. Ang cable ay gawa sa mga wire na bakal, ang lubid ay gawa sa mga thread o strands, at ang chain ay binubuo ng mga link na konektado sa isa't isa.

Mga pamamaraan para sa pagsasabit ng isang load at pagkakaroon ng lakas kapag nagbubuhat ng isang load gamit ang isang cable:

Sa Fig. 4, ang load ay naayos sa isang dulo ng cable, at kung iangat mo ang load sa kabilang dulo ng cable, pagkatapos ay upang maiangat ang load na ito kakailanganin mo ng isang puwersa na bahagyang mas malaki kaysa sa bigat ng load, dahil ang isang simpleng bloke ng pagkakaroon ng lakas ay hindi nagbibigay ng F = P.

Sa Fig. 5, itinataas ng manggagawa ang kargada sa pamamagitan ng isang cable na umiikot sa isang simpleng bloke mula sa itaas sa isang dulo ng unang bahagi ng cable ay may upuan kung saan nakaupo ang manggagawa, at sa pangalawang bahagi ng cable; itinaas ng manggagawa ang kanyang sarili nang may puwersa nang 2 beses na mas mababa kaysa sa kanyang timbang, dahil ang bigat ng manggagawa ay ibinahagi sa dalawang bahagi ng cable, ang una - mula sa upuan hanggang sa bloke, at ang pangalawa - mula sa bloke hanggang sa mga kamay ng manggagawa F = P/2.

Sa Fig. 6, ang load ay itinataas ng dalawang manggagawa gamit ang dalawang cable at ang bigat ng load ay ipapamahagi nang pantay sa pagitan ng mga cable at samakatuwid ang bawat manggagawa ay bubuhatin ang load na may puwersa na kalahati ng bigat ng load F = P/ 2.

Sa Fig. 7, ang mga manggagawa ay nagbubuhat ng load na nakabitin sa dalawang bahagi ng isang cable at ang bigat ng load ay ipapamahagi nang pantay sa pagitan ng mga bahagi ng cable na ito (tulad ng sa pagitan ng dalawang cable) at ang bawat manggagawa ay bubuhatin ang load na may puwersa. katumbas ng kalahati ng bigat ng load F = P/2.

Sa Fig. 8, ang dulo ng cable, kung saan ang isa sa mga manggagawa ay nagbubuhat ng karga, ay na-secure sa isang nakatigil na suspensyon, at ang bigat ng karga ay ibinahagi sa dalawang bahagi ng cable, at kapag ang manggagawa ay itinaas ang load sa pamamagitan ng ikalawang dulo ng cable, ang puwersa kung saan ang manggagawa ay nagbubuhat ng load ay nadoble mas kaunting timbang load F = P/2 at ang pag-angat ng load ay magiging 2 beses na mas mabagal.

Sa Fig. 9, ang load ay nakabitin sa 3 bahagi ng isang cable, ang isang dulo nito ay naayos at ang gain sa puwersa kapag angat ng load ay magiging katumbas ng 3, dahil ang bigat ng load ay ibabahagi sa tatlong bahagi ng cable F = P/3.

Upang maalis ang liko at bawasan ang puwersa ng alitan, ang isang simpleng bloke ay naka-install sa lugar kung saan ang load ay nasuspinde at ang puwersa na kinakailangan upang maiangat ang pagkarga ay hindi nagbago, dahil ang isang simpleng bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas, Fig. 10 at Fig. 11, at ang bloke mismo ay tatawagin gumagalaw na bloke, dahil ang axis ng bloke na ito ay tumataas at bumaba kasama ng pagkarga.

Sa teoryang, ang isang load ay maaaring masuspinde sa isang walang limitasyong bilang ng mga bahagi ng isang cable, ngunit sa pagsasagawa sila ay limitado sa anim na bahagi at ang naturang mekanismo ng pag-aangat ay tinatawag chain hoist, na binubuo ng isang nakapirming at naitataas na clip na may mga simpleng bloke, na salit-salit na napapalibutan ng isang cable, ang isang dulo ay nakadikit sa nakapirming clip, at ang load ay itinataas gamit ang kabilang dulo ng cable. Ang pagtaas sa lakas ay nakasalalay sa bilang ng mga bahagi ng cable sa pagitan ng mga nakapirming at naitataas na mga kulungan, bilang isang panuntunan, ito ay 6 na bahagi ng cable at ang nakuha sa lakas ay 6 na beses.

Sinusuri ng artikulo ang totoong buhay na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bloke at cable kapag nagbubuhat ng load. Ang umiiral na kasanayan sa pagtukoy na "ang isang nakapirming bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas, ngunit ang isang palipat-lipat na bloke ay nagbibigay ng pakinabang sa puwersa ng 2 beses" ay maling binibigyang-kahulugan ang pakikipag-ugnayan ng cable at ng bloke sa mekanismo ng pag-aangat at hindi sumasalamin sa buong pagkakaiba-iba ng mga disenyo ng bloke, na humantong sa pagbuo ng isang panig na maling ideya tungkol sa bloke. Kung ikukumpara sa umiiral na mga volume ng materyal para sa pag-aaral ng isang simpleng mekanismo ng block, ang dami ng artikulo ay tumaas ng 2 beses, ngunit ginawa nitong posible na malinaw at malinaw na ipaliwanag ang mga prosesong nagaganap sa isang simpleng mekanismo ng pag-aangat hindi lamang sa mga mag-aaral, kundi pati na rin. sa mga guro.

Panitikan:

1. Pyryshkin, A.V. Physics, ika-7 baitang: aklat-aralin / A.V. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Application ng lever equilibrium rule sa block, pp. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Physics. ika-7 baitang. Sa 2 p.m. Bahagi 1. Teksbuk para sa institusyong pang-edukasyon/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; inedit ni V. A. Orlova, I. I. Roizen - 2nd ed., binago. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 p.: may sakit. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Mga simpleng mekanismo, pp. 188–196.
3. Elementary textbook of physics, inedit ng academician G. S. Landsberg Volume 1. Mechanics. Init. Molecular physics - ika-10 na ed. - M.: Nauka, 1985. § 84. Mga simpleng makina, pp. 168–175.
4. Gromov, S. V. Physics: Textbook. para sa ika-7 baitang. Pangkalahatang edukasyon mga institusyon / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3rd ed. - M.: Edukasyon, 2001.-158 p.,: ill. ISBN-5–09–010349–6. §22. Block, pp.55 -57.

Mga keyword: block, double block, fixed block, movable block, pulley block..

Anotasyon: Ang mga aklat-aralin sa pisika para sa ika-7 baitang, kapag nag-aaral ng isang simpleng mekanismo ng bloke, binibigyang-kahulugan sa iba't ibang paraan ang pakinabang sa puwersa kapag nag-aangat ng load gamit ang mekanismong ito, halimbawa: sa aklat-aralin ni A. V. Peryshkin, ang pakinabang sa puwersa ay nakamit gamit ang gulong ng ang bloke, kung saan kumikilos ang mga puwersa ng pingga, at sa aklat-aralin ni Gendenstein L.E. ang parehong pakinabang ay nakuha sa tulong ng isang kable, na ginagampanan ng puwersa ng pag-igting ng cable. Iba't ibang mga aklat-aralin, iba't ibang mga bagay at iba't ibang pwersa - upang makakuha ng pakinabang sa lakas kapag nagbubuhat ng karga. Samakatuwid, ang layunin ng artikulong ito ay upang maghanap ng mga bagay at pwersa sa tulong kung saan ang pagtaas ng lakas ay nakuha kapag nag-aangat ng isang load gamit ang isang simpleng mekanismo ng block.

4.1. Mga static na elemento

4.1.7. Ilang simpleng mekanismo: mga bloke

Ang mga aparato na idinisenyo upang ilipat (itaas, ibaba) ang mga naglo-load gamit ang isang gulong at isang sinulid na itinapon dito, kung saan ang ilang puwersa ay inilapat, ay tinatawag na mga bloke. May mga nakapirming at naitataas na mga bloke.

Ang mga bloke ay idinisenyo upang ilipat ang isang kargada na tumitimbang ng P → gamit ang isang puwersa F → inilapat sa isang lubid na itinapon sa ibabaw ng isang gulong.

Para sa anumang uri ng mga bloke(nakatigil at mobile) ang kondisyon ng ekwilibriyo ay nasiyahan:

d 1 F = d 2 P,

kung saan ang d 1 ay ang braso ng puwersa F → inilapat sa lubid; d 2 - braso ng puwersa P → (ang bigat ng load na inilipat gamit ang block na ito).

SA nakapirming bloke(Larawan 4.8) ang mga braso ng pwersa F → at P → ay magkapareho at katumbas ng radius ng bloke:

d 1 = d 2 = R,

samakatuwid, ang mga module ng puwersa ay katumbas ng bawat isa:

F = P .

kanin. 4.8

Gamit ang isang nakatigil na bloke, ang isang katawan na tumitimbang ng P → ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng paglalapat ng puwersa F → , na ang magnitude ay tumutugma sa bigat ng karga.

Sa gumagalaw na bloke (Larawan 4.9), magkaiba ang mga braso ng pwersa F → at P →:

d 1 = 2R at d 2 = R,

kung saan ang d 1 ay ang balikat ng puwersa F → inilapat sa lubid; d 2 - braso ng puwersa P → (ang bigat ng load na inilipat gamit ang block na ito),

samakatuwid, ang mga module ng puwersa ay sumusunod sa pagkakapantay-pantay:

kanin. 4.9

Gamit ang isang movable block, ang isang katawan na tumitimbang ng P → ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng paglalapat ng puwersa F →, ang halaga nito ay kalahati ng bigat ng karga.

Binibigyang-daan ka ng mga bloke na ilipat ang isang katawan sa isang tiyak na distansya:

• ang isang nakatigil na bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas; binabago lamang nito ang direksyon ng inilapat na puwersa;
• ang movable block ay nagbibigay ng 2-fold gain sa lakas.

Gayunpaman, ang parehong movable at fixed blocks huwag magbigay ng panalo trabaho: ang bilang ng beses na tayo ay nanalo sa lakas, ang dami ng beses na natalo tayo sa distansya (“ Golden Rule» mekanika).

Halimbawa 22. Ang sistema ay binubuo ng dalawang walang timbang na bloke: isang nagagalaw at isang nakatigil. Ang isang masa na 0.40 kg ay sinuspinde mula sa axis ng gumagalaw na bloke at humipo sa sahig. Ang isang tiyak na puwersa ay inilalapat sa libreng dulo ng isang lubid na itinapon sa isang nakatigil na bloke tulad ng ipinapakita sa figure. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang pagkarga ay tumataas mula sa pahinga hanggang sa taas na 4.0 m sa 2.0 s. Hanapin ang magnitude ng puwersang inilapat sa lubid.

2 T → ′ + P → = m a → ,

2 T ′ − m g = m a ,

a = 2 F − m g m .

Ang landas na dinaanan ng load ay tumutugma sa taas nito sa ibabaw ng sahig at nauugnay sa oras ng paggalaw nito t ng formula

o isinasaalang-alang ang expression para sa acceleration module

h = a t 2 2 = (2 F − m g) t 2 2 m .

Ipahayag natin ang kinakailangang puwersa mula rito:

F = m (h t 2 + g 2)

at kalkulahin ang halaga nito:

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

Halimbawa 23. Ang sistema ay binubuo ng dalawang walang timbang na bloke: isang nagagalaw at isang nakatigil. Ang isang tiyak na pagkarga ay sinuspinde mula sa axis ng isang nakapirming bloke tulad ng ipinapakita sa figure. Sa ilalim ng impluwensya ng isang pare-parehong puwersa na inilapat sa libreng dulo ng lubid, ang pagkarga ay nagsisimulang gumalaw nang may pare-parehong pagbilis at gumagalaw paitaas sa layo na 3.0 m sa 2.0 s. Sa panahon ng paggalaw ng pag-load, ang inilapat na puwersa ay bumubuo ng isang average na kapangyarihan ng 12 W. Hanapin ang masa ng load.

Solusyon . Ang mga puwersang kumikilos sa movable at stationary na mga bloke ay ipinapakita sa figure.

Dalawang puwersa T → kumilos sa isang nakatigil na bloke mula sa gilid ng lubid (sa magkabilang panig ng bloke); Sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersang ito, walang pasulong na paggalaw ng bloke. Ang bawat isa sa mga ipinahiwatig na puwersa ay katumbas ng puwersa F → inilapat sa dulo ng lubid:

Tatlong puwersa ang kumikilos sa gumagalaw na bloke: dalawang puwersa ng pag-igting ng lubid T → ′ (sa magkabilang panig ng bloke) at ang bigat ng karga P → = m g → ; sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersang ito, ang bloke (kasama ang pag-load na nasuspinde mula dito) ay gumagalaw paitaas nang may pagbilis.

Isulat natin ang pangalawang batas ni Newton para sa gumagalaw na bloke sa anyo:

2 T → ′ + P → = m a → ,

o sa projection papunta coordinate axis, nakadirekta patayo pataas,

2 T ′ − m g = m a ,

kung saan ang T ′ ay ang modulus ng rope tension force; m ay ang masa ng pagkarga (ang masa ng gumagalaw na bloke na may pagkarga); g - free fall acceleration module; a ay ang acceleration modulus ng block (ang load ay may parehong acceleration, kaya mas pag-uusapan natin ang tungkol sa acceleration ng load).

Ang modulus ng rope tension force T ′ ay katumbas ng modulus ng force T:

samakatuwid, ang acceleration modulus ng load ay tinutukoy ng expression

a = 2 F − m g m .

Sa kabilang banda, ang acceleration ng load ay tinutukoy ng formula para sa distansyang nilakbay:

kung saan ang t ay ang oras ng paggalaw ng kargamento.

Pagkakapantay-pantay

2 F − m g m = 2 S t 2

nagbibigay-daan sa amin upang makakuha ng isang expression para sa modulus ng inilapat na puwersa:

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

Ang pag-load ay gumagalaw nang pantay na pinabilis, kaya ang modulus ng bilis nito ay tinutukoy ng expression

v = sa

at ang average na bilis ay

〈 v 〉 = S t = a t 2 .

Magnitude katamtamang kapangyarihan, na binuo ng inilapat na puwersa, ay tinutukoy ng formula

〈 N 〉 = F 〈 v 〉 ,

o isinasaalang-alang ang mga expression para sa modulus ng puwersa at average na bilis:

〈 N 〉 = m a (2 S + g t 2) 4 t .

Mula dito ipinapahayag namin ang kinakailangang masa:

m = 4 t 〈 N 〉 a (2 S + g t 2) .

Palitan natin ang expression para sa acceleration (a = 2S /t 2) sa resultang formula:

m = 2 t 3 〈 N 〉 S (2 S + g t 2)

at gawin natin ang pagkalkula:

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

Ulat ng takdang-aralin sa pananaliksik

"Pag-aaral ng isang sistema ng mga bloke na nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng 2, 3, 4 na beses"

mga mag-aaral sa ika-7 baitang.

mataas na paaralan No. 76, Yaroslavl

Tema ng trabaho: Pag-aaral ng sistema ng mga bloke na nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng 2, 3, 4 na beses.

Layunin ng gawain: Gamit ang mga block system, makakuha ng pakinabang sa lakas ng 2, 3, 4 na beses.

Kagamitan: movable at fixed blocks, tripods, legs with couplings, weights, rope.

Plano ng trabaho:

Pag-aralan ang teoretikal na materyal sa paksang "Mga simpleng mekanismo. Mga bloke";

Kolektahin at ilarawan ang mga pag-install - mga sistema ng mga bloke na nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng 2, 3, 4 na beses.

Pagsusuri ng mga resulta ng eksperimento;

Konklusyon

"Medyo tungkol sa mga bloke"

SA makabagong teknolohiya Ang mga mekanismo ng pag-aangat ay malawakang ginagamit at kailangang-kailangan mga bahagi na maaaring tawaging simpleng mekanismo. Kabilang sa mga ito ang pinakalumang imbensyon ng sangkatauhan - mga bloke. Pinadali ng sinaunang siyentipikong Griyego na si Archimedes ang gawain ng tao sa pamamagitan ng pagbibigay sa kanya ng pakinabang sa lakas kapag ginagamit ang kanyang imbensyon, at tinuruan siyang baguhin ang direksyon ng puwersa.

Ang bloke ay isang gulong na may uka sa paligid ng circumference nito para sa isang lubid o kadena, na ang axis nito ay mahigpit na nakakabit sa dingding o sinag sa kisame. Mga kagamitan sa pag-aangat Karaniwan, hindi isa, ngunit maraming mga bloke ang ginagamit. Ang isang sistema ng mga bloke at kable na idinisenyo upang madagdagan ang kapasidad ng pagkarga ay tinatawag na chain hoist.

Sa mga aralin sa pisika, pinag-aaralan namin ang mga movable at stationary na bloke. Gamit ang isang nakapirming bloke, maaari mong baguhin ang direksyon ng puwersa. At ang movable block - ang pagbabawas nito ay nagbibigay ng 2-fold gain sa lakas.Nakapirming blokeItinuring ito ni Archimedes bilang isang pantay na armadong pingga. Ang sandali ng puwersa na kumikilos sa isang bahagi ng isang nakatigil na bloke ay katumbas ng sandali ng puwersa na inilapat sa kabilang panig ng bloke. Ang mga puwersang lumilikha ng mga sandaling ito ay pareho din. At kinuha ni Archimedes ang gumagalaw na bloke para sa isang hindi pantay na armadong pingga. May kaugnayan sa sentro ng pag-ikot, kumikilos ang mga sandali ng puwersa, na sa ekwilibriyo ay dapat na pantay.

I-block ang mga guhit:

2. Pagtitipon ng mga pag-install - mga sistema ng mga bloke na nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng 2, 3 at 4 na beses.

Sa aming trabaho ay gumagamit kami ng pagkarga,na ang timbang ay 4 N (Larawan.3).

kanin. 3

Gamit ang mga movable at fixed blocks, nag-assemble ang aming team sumusunod na mga setting:

Isang block system na nagbibigay ng 2x na pagtaas sa lakas (Fig.4 at Fig.5).

Gumagamit ang pulley system na ito ng movable at fixed pulley. Ang kumbinasyong ito ay nagdodoble ng lakas. Samakatuwid, ang puwersa na katumbas ng kalahati ng bigat ng pagkarga ay dapat ilapat sa punto A.

Fig.4

Fig.5

Ang larawan (Larawan 5) ay nagpapakita na pag-install na ito nagbibigay ng 2-fold gain sa puwersa, ang dynamometer ay nagpapakita ng puwersa na humigit-kumulang katumbas ng 2 N. Mayroong dalawang mga lubid na nagmumula sa pagkarga. Hindi namin isinasaalang-alang ang bigat ng mga bloke.

Isang block system na nagbibigay ng 3x na pagtaas sa lakas . Fig.6 at Fig.7

Gumagamit ang pulley system na ito ng dalawang movable at fixed pulleys. Ang kumbinasyong ito ay nagbibigay ng tatlong beses na pakinabang sa lakas. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng aming pag-install na may multiplicity ng 3 (isang pagtaas sa lakas ng 3 beses) ay mukhang tulad ng ipinapakita sa figure. Ang dulo ng lubid ay nakakabit sa plataporma, pagkatapos ay itinapon ang lubid sa isang nakatigil na bloke. Muli - sa pamamagitan ng isang gumagalaw na bloke na humahawak sa platform na may karga. Pagkatapos ay hinihila namin ang lubid sa isa pang nakapirming bloke. Ang ganitong uri ng mekanismo ay nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng 3 beses, ito ay isang kakaibang opsyon. Ginagamit namin simpleng tuntunin: kung gaano karaming mga lubid ang nagmumula sa karga, ganyan ang ating pakinabang sa lakas. Sa haba ng lubid, natatalo tayo nang eksakto nang maraming beses sa pagtaas ng lakas.

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Ang litrato (Larawan 8) ay nagpapakita na ang dynamometer ay nagpapakita ng puwersa na humigit-kumulang 1.5 N. Ang error ay tinutukoy ng bigat ng gumagalaw na bloke at platform. May tatlong lubid na nagmumula sa kargada.

Isang block system na nagbibigay ng 4x na pagtaas sa lakas .

Gumagamit ang pulley system na ito ng dalawang movable at dalawang fixed pulleys. Ang kumbinasyong ito ay nagbibigay ng apat na beses na pagtaas sa lakas. (Fig.9 at Fig.10).

kanin. 9

Fig.10

Ang larawan (Larawan 10) ay nagpapakita na ang pag-install na ito ay nagbibigay ng 4-tiklop na pakinabang sa puwersa, ang dynamometer ay nagpapakita ng puwersa na humigit-kumulang katumbas ng 1 N. Mayroong apat na mga lubid na nagmumula sa pagkarga.

Konklusyon:

Ang isang sistema ng mga movable at fixed pulleys, na binubuo ng mga ropes at pulleys, ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng epektibong lakas habang nawawala ang haba. Gumagamit kami ng isang simpleng panuntunan - ang ginintuang tuntunin ng mekanika: kung gaano karaming mga lubid ang nagmumula sa pagkarga, ganoon ang aming nakuha sa lakas. Sa haba ng lubid, natatalo tayo nang eksakto nang maraming beses sa pagtaas ng lakas. Salamat sa ginintuang tuntunin ng mekanika na ito, maaari kang magbuhat ng malalaking karga nang hindi nagsusumikap.

Alam panuntunang ito posible na lumikha ng mga sistema ng mga bloke - chain hoists, na nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng lakas sa nth dami minsan. Samakatuwid, ang mga block at block system ay malawakang ginagamit sa iba't ibang bahagi ng ating buhay. Pang mga gumagalaw at nakapirming bloke ay malawakang ginagamit sa mga mekanismo ng paghahatid ng sasakyan. Bilang karagdagan, ang mga bloke ay ginagamit ng mga tagabuo upang magbuhat ng malalaki at maliliit na kargada (Halimbawa, kapag nag-aayos ng mga panlabas na harapan ng mga gusali, ang mga tagabuo ay madalas na nagtatrabaho sa isang duyan na maaaring ilipat sa pagitan ng mga sahig. Sa pagtatapos ng trabaho sa isang sahig, ang mga manggagawa ay maaaring mabilis na ilipat ang duyan sa sahig sa itaas gamit at lamang sariling lakas). Ang mga bloke ay naging napakalawak dahil sa kadalian ng kanilang pagpupulong at kadalian ng pagtatrabaho sa kanila.

Sa ngayon, ipagpalagay namin na ang masa ng bloke at cable, pati na rin ang alitan sa bloke, ay maaaring mapabayaan. Sa kasong ito, maaari nating isaalang-alang ang puwersa ng pag-igting ng cable upang maging pareho sa lahat ng mga bahagi nito. Bilang karagdagan, ipagpalagay namin na ang cable ay hindi mapalawak at ang masa nito ay bale-wala.

Nakapirming bloke

Ang isang nakapirming bloke ay ginagamit upang baguhin ang direksyon ng isang puwersa. Sa Fig. 24.1, at nagpapakita kung paano gumamit ng isang nakatigil na bloke upang baguhin ang direksyon ng puwersa sa kabaligtaran. Gayunpaman, sa tulong nito maaari mong baguhin ang direksyon ng puwersa ayon sa gusto mo.

Gumuhit ng diagram ng paggamit ng isang nakatigil na bloke na maaaring gamitin upang paikutin ang direksyon ng puwersa ng 90°.

Nagbibigay ba ang isang nakatigil na bloke ng pagtaas sa lakas? Tingnan natin ito gamit ang halimbawang ipinakita sa Fig. 24.1, a. Ang cable ay tensioned sa pamamagitan ng puwersa na inilapat ng mangingisda sa libreng dulo ng cable. Ang puwersa ng pag-igting ng cable ay nananatiling pare-pareho sa kahabaan ng cable, samakatuwid, mula sa gilid ng cable, ang isang puwersa ng parehong magnitude ay kumikilos sa pagkarga (isda). Samakatuwid, ang isang nakatigil na bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas.

Kapag gumagamit ng isang nakatigil na bloke, ang pagkarga ay tumataas sa parehong halaga bilang dulo ng cable kung saan ang mangingisda ay naglalapat ng puwersa ay ibinababa. Nangangahulugan ito na sa pamamagitan ng paggamit ng isang nakatigil na bloke, hindi tayo mananalo o matatalo sa daan.

Movable block

Maglagay tayo ng karanasan

Kapag nagbubuhat ng load gamit ang isang light moving block, mapapansin natin na kung mababa ang friction, para maiangat ang load dapat tayong maglapat ng puwersa na humigit-kumulang 2 beses na mas mababa kaysa sa bigat ng load (Fig. 24.3). Kaya, ang movable block ay nagbibigay ng 2-tiklop na pagtaas sa lakas.

kanin. 24.3. Kapag gumagamit ng isang gumagalaw na bloke, nakakakuha kami ng 2 beses sa lakas, ngunit nawala ang parehong bilang ng mga beses sa daan

Gayunpaman, para sa dobleng pakinabang sa lakas, kailangan mong magbayad na may parehong pagkawala sa daan: upang maiangat ang pagkarga, halimbawa, sa pamamagitan ng 1 m, kailangan mong itaas ang dulo ng cable na itinapon sa ibabaw ng bloke ng 2 m.

Ang katotohanan na ang isang gumagalaw na bloke ay nagbibigay ng dobleng pagtaas sa lakas ay maaaring mapatunayan nang hindi gumagamit ng karanasan (tingnan ang seksyon sa ibaba "Bakit ang isang gumagalaw na bloke ay nagbibigay ng dobleng pagtaas sa lakas?").

Kadalasan, ang mga simpleng mekanismo ay ginagamit upang makakuha ng kapangyarihan. Iyon ay, ang paggamit ng mas kaunting puwersa upang ilipat ang isang mas malaking timbang kumpara dito. Kasabay nito, ang mga nadagdag sa lakas ay hindi nakakamit "nang libre." Ang presyo na babayaran para dito ay isang pagkawala sa distansya, iyon ay, kailangan mong gumawa ng isang mas malaking paggalaw kaysa sa hindi gumagamit ng isang simpleng mekanismo. Gayunpaman, kapag ang mga puwersa ay limitado, kung gayon ang "pagpapalit" ng distansya para sa lakas ay kapaki-pakinabang.

Ang mga movable at fixed block ay dalawang uri ng simpleng mekanismo. Bilang karagdagan, ang mga ito ay isang binagong pingga, na isa ring simpleng mekanismo.

Nakapirming bloke ay hindi nagbibigay ng pakinabang sa lakas, binabago lamang nito ang direksyon ng aplikasyon nito. Isipin na kailangan mong magbuhat ng lubid mabigat na dalahin pataas. Kakailanganin mong hilahin ito pataas. Ngunit kung gumamit ka ng isang nakatigil na bloke, pagkatapos ay kailangan mong hilahin pababa habang ang load ay tumataas. Sa kasong ito, magiging mas madali para sa iyo, dahil ang kinakailangang lakas ay binubuo ng lakas ng kalamnan at iyong timbang. Kung wala ang paggamit ng isang nakatigil na bloke, ang parehong puwersa ay kailangang ilapat, ngunit ito ay makakamit lamang sa pamamagitan ng lakas ng kalamnan.

Ang nakapirming bloke ay isang gulong na may uka para sa isang lubid. Ang gulong ay naayos, maaari itong paikutin sa paligid ng axis nito, ngunit hindi makagalaw. Ang mga dulo ng lubid (cable) ay nakabitin, isang load ay nakakabit sa isa, at isang puwersa ay inilalapat sa isa pa. Kung hilahin mo ang cable pababa, tumataas ang load.

Dahil walang pakinabang sa lakas, walang pagkawala sa distansya. Ang distansya na tumataas ang pagkarga, ang lubid ay dapat ibaba sa parehong distansya.

Paggamit gumagalaw na bloke nagbibigay ng pakinabang sa lakas ng dalawang beses (perpekto). Nangangahulugan ito na kung ang bigat ng kargada ay F, kung gayon upang maiangat ito, dapat ilapat ang puwersa ng F/2. Ang gumagalaw na bloke ay binubuo ng parehong gulong na may uka para sa cable. Gayunpaman, ang isang dulo ng cable ay naayos dito, at ang gulong ay palipat-lipat. Ang gulong ay gumagalaw kasama ang karga.

Ang bigat ng load ay isang pababang puwersa. Ito ay binabalanse ng dalawang pataas na pwersa. Ang isa ay nilikha sa pamamagitan ng isang suporta kung saan ang isang cable ay naka-attach, at ang isa sa pamamagitan ng isang cable paghila. Ang lakas ng pag-igting ng cable ay pareho sa magkabilang panig, na nangangahulugan na ang bigat ng pagkarga ay pantay na ibinahagi sa pagitan nila. Samakatuwid, ang bawat puwersa ay 2 beses na mas mababa kaysa sa bigat ng pagkarga.

Sa totoong mga sitwasyon, ang pagtaas ng lakas ay mas mababa sa 2 beses, dahil ang puwersa ng pag-aangat ay bahagyang "nasayang" sa bigat ng lubid at bloke, pati na rin ang alitan.

Ang isang gumagalaw na bloke, habang nagbibigay ng halos dobleng pagtaas sa lakas, ay nagbibigay ng dobleng pagkawala sa distansya. Upang itaas ang load sa isang tiyak na taas h, ang mga lubid sa bawat panig ng bloke ay dapat bumaba sa taas na ito, iyon ay, ang kabuuang ay 2h.

Ang mga kumbinasyon ng mga nakapirming at naililipat na mga bloke - mga bloke ng pulley - ay karaniwang ginagamit. Pinapayagan ka nitong makakuha ng lakas at direksyon. Kung mas maraming gumagalaw na bloke ang nasa chain hoist, mas malaki ang dagdag sa lakas.