"Blok" terimi, dikey bir eksende monte edilmiş bir silindir olan bazı mekanik cihazlar.Bu rulo veya serbestçe hareket edebilir veya tam tersi - sert bir şekilde sabitlenir. Tanımlamayı basitleştirin - silindirin dönme ekseni boşlukta hareket ediyorsa, blok hareketlidir. Silindirin üzerine bir ip veya kablonun sokulduğu bir oluk vardır. Aşağıdaki resim bloğun görünümünü göstermektedir.

Silindir tavana sabitlenmişse, sabit bir bloktur. Silindir yükle birlikte hareket ederse, hareketli bir ünitedir. Genel anlamda, tek fark budur.

Bir mobil ünite kullanmanın anlamı, malları ve fiziksel cisimleri kaldırırken veya taşırken güç kazanılmasıdır. Sabit blok bir kazanç sağlamaz, ancak genellikle vücudun hareketini büyük ölçüde kolaylaştırır ve hareketli blok ile birlikte sistemlerde kullanılır.

Hareketli ve sabit blokların kullanımı

Blok sistemi her yerde bulunur. Bunlar vinçler ve garajda malları taşımak için çeşitli aygıtlar ve hatta modern bir arabada kayış tahrik ediyorlar. Genellikle bir blok, bunun aynı mekanizma olduğu anlaşılmadan bile kullanılır.

Elbette şantiyelerde, yapım aşamasında olan bir evin üst katlarına sabitlenmiş hareketli tekerleklerle karşılaştınız. Bir halat veya zincir, böyle bir tekerleğin ve çalışanın üzerine atılır, birinci katta bir kova sabitlenir, ipi hareket ettirerek üst kata yükseltir. Bu, sabit bir blok kullanmanın basit bir örneğidir. Kovaya bir tekerlek daha eklerseniz, hareketli ve hareketsiz bir blok sistemi elde edersiniz.

Sabit bir blok kullanmanın başka bir daha nadir örneği. Bir kişi bir arabayı çamurdan çektiğinde, bir ağaç gövdesinin etrafına çekme halatı sarılır. Bu, daha fazla kolaylık sağlamak için yapılır, çünkü çekme vinci, bagajın etrafına sarılı olan kablonun küçük ucuna kolayca kancalanır. Böyle bir bloğun kendisinden kazanç yoktur ve ağaç kendi ekseni etrafında dönmediğinden, direnç kuvveti yükü arttırır.

Etrafımızdaki bu basit mekanizmaları kullanmanın birçok örneği vardır.

Blok prensibi ile çalışan en ünlü cihaz, bir zincirli vinç. Kaldırma mekanizmalarında aktif olarak kullanılır. Blok sistemi gücü azaltır ve toplam iş 4-8 kat azalır.

Hareketli ve sabit bloklarla problem çözme

Fizikteki problemlerde, blokları kullanırken kuvvetli toplam kazancın ne elde edileceğini belirlemek genellikle gereklidir. Öğrenciye, farklı tiplerde birkaç bloğun arka arkaya bağlandığı karmaşık bir şema sunulur.

Çözmenin anahtarı   Bu tür görevler, bu cihazların etkileşimini anlama yeteneğinde yatmaktadır. Her blok ayrı ayrı hesaplanır ve ardından genel formüle eklenir. Tüm görev için hesaplama formülü, öğrencinin koşulu okuyarak çizdiği programa göre derlenir.

Bu tür görevlerin daha iyi anlaşılması için, şunu unutmayın: blok bir çeşit kol. Kazanılan kuvvet, mesafe kaybı (hareketli bir blok durumunda) verir.

Hesaplama formülü çok basittir.

Sabit birim için   F \u003d fmg, burada F kuvvet, f blok direnç katsayısı, m yükün kütlesidir, g yerçekimi sabitidir. Başka bir deyişle, F, sabit bir blok kullanarak yerden bir kutuyu kaldırmak için uygulanması gereken kuvvettir. Gördüğünüz gibi bağımlılık doğrudan ve katsayı yok.

Hareketli ünite için   iktidarda iki kat kazanıyoruz. Hesaplama formülü F \u003d 0.5fmg'dir, burada harf atamaları sadece yukarıdaki formüle benzer. Buna göre, hareketli bir blok kullanıldığında, m kütlesi ile böyle bir kutu, blok ile yalnızca kendi sırtını kullanmaktan iki kat daha kolay bir şekilde kaldırılacaktır.

Lütfen unutmayın sürükleme katsayısı   - bu, ipi hareket ettirirken blokta meydana gelen reaksiyondur. Tipik olarak, bu değerler problemin durumunda belirtilir veya tablo değeridir. Bazen okul problemlerinde bu katsayılar tamamen göz ardı edilir ve dikkate alınmaz.

Ayrıca bunu unutma kuvvet açılı olarak uygulanırsa, kuvvet üçgenini hesaplamak için standart yöntemi kullanmanız gerekir.. Görev, bir kişinin ufka 30 derecelik bir ip üzerindeki yükü çektiğini söylerse, bu kesinlikle tasarım şemasında dikkate alınmalı ve belirtilmelidir.

Bir blok, bir zincir, kayış veya kabloyla sarılmış bir veya daha fazla tekerlekten (silindirler) oluşur. Tıpkı bir kaldıraç gibi, ünite yükü kaldırmak için gereken kuvveti azaltır, ancak bunun yanında uygulanan kuvvetin yönünü de değiştirebilir.

Kuvvetli kazanım için mesafeyi ödemek zorundasınız: yükü kaldırmak için ne kadar az çaba harcanması gerekiyorsa, bu çabanın uygulama noktasının gitmesi gereken yol o kadar büyük olur. Blok sistemi, daha fazla yük taşıyan zincir kullanımı sayesinde güç kazancını artırır. Bu tür güç tasarrufu sağlayan cihazlar, şantiyelerde büyük çelik kirişlerin yüksekliğine taşınmadan, bayrakların kaldırılmasına kadar çok çeşitli uygulamalara sahiptir.

Diğer basit mekanizmalarda olduğu gibi, bloğun mucitleri bilinmemektedir. Blokların daha önce var olması mümkün olsa da, literatürdeki ilk sözler M.Ö. beşinci yüzyıla kadar uzanır ve antik Yunanlıların bloklarda gemilerde ve tiyatrolarda kullanılmasıyla ilgilidir.

Asma ray üzerine monteli hareketli blok sistemleri (yukarıdaki şekil)   Ağır parçaların hareketini büyük ölçüde kolaylaştırdığı için montaj hatlarında geniş çapta dağıtılmıştır. Uygulanan kuvvet (F), yükün (W) ağırlığını, onu (n) destekleyen kullanılmış zincir sayısına bölme oranına eşittir.

Tek sabit bloklar

Bu en basit blok tipi, yükü kaldırmak için gereken kuvveti azaltmaz, ancak yukarıdaki ve sağdaki şekillerde gösterildiği gibi uygulanan kuvvetin yönünü değiştirir. Sabit blok   bayrak direğinin tepesinde, bayrağı kaldırmak daha kolaydır, bayrağın bağlı olduğu kordonu çekmenize izin verir.

Tek hareketli bloklar

Hareket kabiliyetine sahip tek bir ünite, yükü kaldırmak için gereken kuvveti yarı yarıya azaltır. Ancak, uygulanan kuvvetin yarısı, uygulama noktasının iki kat daha uzun olması gerektiği anlamına gelir. Bu durumda, kuvvet ağırlığın yarısına eşittir (F \u003d 1 / 2W).

Blok sistemleri

Sabit bir ünitenin hareketli bir ünite kombinasyonu kullanılması durumunda, uygulanan kuvvet toplam yük taşıma zincirinin bir katıdır. Bu durumda, kuvvet ağırlığın yarısına eşittir (F \u003d 1 / 2W).

yükünite boyunca dikey olarak asılı kalanlar, yatay elektrik kablolarının sıkıca çekilmesini sağlar.

Havai asansör (Yukarıdaki şekil) bir hareketli ve iki sabit bloğun etrafına dolanmış bir zincirden oluşur. Bir yükü kaldırmak, ağırlığının sadece yarısı kadar bir kuvvet gerektirir.

burtonGenellikle büyük vinçlerde kullanılan (sağdaki şekil), yükün askıya alındığı bir dizi hareketli bloktan ve vincin bomuna tutturulmuş bir dizi sabit bloktan oluşur. Bu kadar çok bloktan güç alan bir kazancı yakalayan vinç, örneğin çelik kirişler gibi çok ağır yükleri kaldırabilir. Bu durumda, kuvvet (F), yükün (W) ağırlığını destekleyici kabloların (n) sayısına bölme oranına eşittir.

Çoğu zaman, basit mekanizmalar güç kazanmak için kullanılır. Diğer bir deyişle, daha az kuvvet ile karşılaştırıldığında daha fazla ağırlık hareket ettirin. Dahası, güç kazancı “bedava” olarak elde edilemez. Bunun geri ödemesi, uzaklıktaki kayıptır, yani basit bir mekanizma kullanmadan daha fazla hareket yapmanız gerekir. Bununla birlikte, kuvvetler sınırlı olduğunda, kuvvet için mesafenin değişimi faydalıdır.

Hareketli ve sabit bloklar, basit mekanizmaların bazılarıdır. Ek olarak, onlar aynı zamanda basit bir mekanizma olan değiştirilmiş bir kaldıraçtır.

Sabit blok   kuvvet kazanmaz, sadece uygulama yönünü değiştirir. Halattan ağır bir yük kaldırmanız gerektiğini hayal edin. Yukarı çekmek zorunda kalacaksın. Fakat eğer sabit bir blok kullanırsanız, yük yükselirken aşağıya inmeniz gerekecektir. Bu durumda, sizin için daha kolay olacaktır; çünkü gerekli kuvvet, kas kuvvetinden ve kilonuzdan oluşacaktır. Sabit bir blok kullanılmadan, aynı kuvveti uygulamak gerekli olacaktır, ancak yalnızca kas kuvveti nedeniyle elde edilebilirdi.

Sabit blok, ip için oluk bulunan bir tekerlektir. Tekerlek sabittir, ekseni etrafında dönebilir, ancak hareket edemez. Halatın uçları (kablo) aşağıya sarkar, birine bir yük takılır ve diğerine kuvvet uygulanır. Kabloyu aşağı çekerseniz yük artar.

Güçlenmede bir kazanç olmadığı için, mesafe içinde bir kayıp yoktur. Yükün yükseldiği mesafe, halat aynı mesafeye indirilmelidir.

kullanımı yuvarlanma bloğu   iki kere yürürlükte olan kazanç sağlar (ideal). Bu, yükün ağırlığı F ise, kaldırmak için F / 2 kuvveti uygulamanız gerektiği anlamına gelir. Mobil ünite, kablo yivli aynı tekerleğe sahiptir. Bununla birlikte, kablonun bir ucu buraya sabitlenmiştir ve tekerlek hareket edebilmektedir. Tekerlek yükle birlikte hareket eder.

Yükün ağırlığı aşağı doğru kuvvettir. Yukarı doğru yönlendirilen iki kuvvetle dengelenir. Biri kablonun tutturulduğu destek, diğeri ise kabloyu çekerek oluşturulur. Kablonun gerilme kuvveti her iki tarafta aynıdır, bu da yükün ağırlığının aralarında eşit olarak dağıldığı anlamına gelir. Bu nedenle, kuvvetlerin her biri kargonun ağırlığından 2 kat daha azdır.

Gerçek durumlarda, yürürlük kazancı 2 kattan daha azdır, çünkü kaldırma kuvveti kısmen ipin ve bloğun yanı sıra sürtünmenin ağırlığına "harcanmaktadır".

Gücü neredeyse iki katına çıkaran mobil ünite, mesafenin iki katını kaybeder. Yükü belirli bir yüksekliğe h kaldırmak için, bloğun her iki tarafındaki iplerin bu yükseklikte azalması, yani toplam 2 saat elde edilmesi gerekir.

Genellikle sabit ve hareketli blok kombinasyonları kullanın. Güç ve yönde kazanmanıza izin veriyorlar. Zincir kaldırma tertibatında ne kadar hareketli blok varsa, mukavemet kazancı o kadar büyük olur.

4.1. Statik Elemanlar

4.1.7. Bazı basit mekanizmalar: bloklar

Tekerleği kullanarak yükü taşımak (indirmek, indirmek) ve bazı kuvvetlerin uygulandığı ipliğe atılan ipliğe bloklar adı verilir. Sabit ve hareketli blokları ayırt eder.

Bloklar, tekerleğin üzerine atılan ipe uygulanan F → kuvveti kullanılarak P → c ağırlığında kargo taşımak için tasarlanmıştır.

için her türlü blok   (hareketsiz ve hareketli) denge koşulu sağlanmıştır:

d1F \u003d d2P,

burada d1, F → kuvvetin omzu; d 2 - P → kuvvetinin omuz kısmı (bu ünite yardımıyla taşınan yükün ağırlığı).

sabit blok   (Şekil 4.8) F → ve P → kuvvetlerinin omuzları aynı ve blok yarıçapına eşittir:

d 1 \u003d d 2 \u003d R,

bu nedenle, kuvvetlerin modülleri birbirine eşittir:

F \u003d P.

Şek. 4.8

Sabit bir blok kullanarak, bir ağırlık P → değeri, yükün ağırlığının değeri ile aynı olan bir F → kuvveti uygulanarak hareket ettirilebilir.

Hareketli blokta (Şekil 4.9), F → ve P → kuvvetlerinin omuzları farklıdır:

d 1 \u003d 2R ve d2 \u003d R,

burada d1, F → kuvvetin omzu; d 2 - P → kuvvetinin omuzu (bu ünite yardımıyla taşınan yükün ağırlığı),

bu nedenle, kuvvetlerin modülleri eşitliğe uymaktadır:

Şek. 4.9

Hareketli bir ünite kullanılarak, değeri yükün ağırlığının yarısı kadar olan bir F → kuvveti uygulanarak bir ağırlık gövdesi P → hareket ettirilebilir.

Bloklar, vücudu belli bir mesafeye taşımanıza izin verir:

• sabit bir blok, mukavemet kazancı sağlamaz; sadece uygulanan kuvvetin yönünü değiştirir;
• mobil birim, 2 kez yürürlükte olan bir kazanç sağlar.

Bununla birlikte, hem hareketli hem de sabit bloklar kazanç sağlama iş: kaç kez güç kazanırız, o kadar çok kez kaybederiz (mekaniğin “altın kuralı”).

Örnek 22. Bir sistem iki ağırlıksız bloktan oluşur: biri hareketli diğeri hareketsiz. 0,40 kg ağırlığındaki bir kargo, hareketli bloğun ekseninden asılır ve zemine temas eder. Şekilde gösterildiği gibi, sabit blok üzerinden atılan ipin serbest ucuna belirli bir kuvvet uygulanır. Bu kuvvetin etkisiyle yük, dinlenme durumundan 2.0 s'de 4.0 m yüksekliğe kadar yükselir. İpe uygulanan kuvvet modülünü bulun.

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

2 T ′ - m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Yükün kapladığı yol, zeminden zeminin üzerinde yüksekliği ile çakışır ve t'nin hareket süresi ile ilişkilidir.

veya hızlanma modülünün ifadesini dikkate alarak

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

İstenilen gücü buradan ifade ediyoruz:

F \u003d m (ht 2 + g2)

ve değerini hesapla:

F \u003d 0.40 (4.0 (2.0) 2 + 10 2) \u003d 2.4 N

Örnek 23. Bir sistem iki ağırlıksız bloktan oluşur: biri hareketli diğeri hareketsiz. Bazı yük, şekilde gösterildiği gibi sabit ünite ekseninden asılır. Halatın serbest ucuna uygulanan sabit bir kuvvetin etkisi altında, yük sabit bir ivmeyle hareket etmeye başlar ve 2,0 s'de 3,0 m mesafede yukarı doğru hareket eder. Yükün hareketi sırasında, uygulanan kuvvet 12 watt'lık bir ortalama güç geliştirir. Kargo kütlesini bulun.

Karar. Hareketli ve sabit bloklara etkiyen kuvvetler şekilde gösterilmiştir.

İki kuvvet T → sabit blokta ipin yan tarafından etki eder (bloğun her iki tarafında); Bu kuvvetlerin etkisinde, bloğun translasyon hareketi yoktur. Bu kuvvetlerin her biri, ipin ucuna uygulanan F → kuvvetine eşittir:

Hareketli blok üzerinde üç kuvvet etki eder: iki halat gerdirme kuvveti T → ′ (bloğun her iki tarafında) ve yükün ağırlığı P → \u003d m g →; Belirtilen kuvvetlerin etkisi altında, blok (kendisinden asılan yük ile birlikte) ivmelenme ile birlikte hareket eder.

İkinci Newton'un hareket eden blok yasasını şu şekilde yazıyoruz:

2 T → ′ + P → \u003d m a →,

veya dikey olarak yukarı doğru yönlendirilmiş bir koordinat ekseni üzerine projeksiyonda,

2 T ′ - m g \u003d m a,

burada T the ipin gerdirme kuvvetinin modülüdür; m, yükün kütlesidir (yük ile hareketli birimin kütlesi); g serbest düşüş ivme modülüdür; a - birim hızlanma modülü (yük aynı hızlanmaya sahip, bu yüzden yükün hızlanması hakkında konuşacağız).

Halat gerilimi modülü T ′, T kuvvet modülüne eşittir:

bu nedenle, yükün ivme modülü ifade ile belirlenir

a \u003d 2 F - m g m.

Öte yandan, yükün ivmesi kat edilen mesafe için formül ile belirlenir:

t, kargonun hareket zamanıdır.

eşitlik

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

uygulanan kuvvetin modülü için bir ifade almanıza izin verir:

F \u003d m (St2 + g2).

Yük düzgün bir şekilde hızlandırılmış şekilde hareket eder, böylece hız modülü ifadesi tarafından belirlenir.

v \u003d at

ve ortalama hız

〈V〉 \u003d S t \u003d a t 2.

Uygulanan kuvvet tarafından geliştirilen ortalama gücün değeri formülle belirlenir.

〈N〉 \u003d F 〈v〉,

veya kuvvet modülü ve ortalama hız için ifadeleri dikkate alarak:

〈N〉 \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.

Buradan istenen kütleyi ifade ediyoruz:

m \u003d 4 t 〈N〉 a (2 S + g t 2).

İvme ifadesini elde edilen formüle dönüştürürüz (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 〈N〉 S (2 S + g t 2)

ve hesaplayın:

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

Modern teknolojide, yük kaldırma mekanizmaları, vazgeçilmez bileşenleri basit mekanizmalar olan şantiyelerdeki ve işletmelerdeki malların transferinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında insanlığın en eski icatları var: blok ve kol. Eski Yunan bilim adamı Archimedes, insanın çalışmasını kolaylaştırdı, onun icadını kullanırken ona güç kazandı, ve gücün yönünü değiştirmeyi öğretti.

Bir blok, ekseni bir duvar veya tavan kirişine sağlam bir şekilde tutturulmuş olan bir ip veya zincir için bir çember etrafında bir yiv bulunan bir tekerlektir.

Kaldırma cihazları genellikle bir tane değil, birkaç blok kullanır. Taşıma kapasitesini artırmak için tasarlanan blok ve kablo sistemlerine zincirli vinç denir.

Hareketli ve sabit blok, kolla aynı eski basit mekanizmalardır. Syracusans, MÖ 212'de, bloklara bağlı kanca ve kulpların yardımıyla Romalılardan kuşatma silahlarını ele geçirdi. Askeri araçların inşası ve şehrin savunması Arşimed tarafından yönetildi.

Sabit blok Arşimet eşit bir kol olarak kabul edildi.

Bloğun bir tarafına etkiyen kuvvet momenti, bloğun diğer tarafına uygulanan kuvvet momentine eşittir. Bu anları yaratan kuvvetler aynıdır.

Gücünde bir kazanç yoktur, ancak böyle bir blok bazen gerekli olan gücün yönünü değiştirmenize izin verir.

Arşimed mobil bloğu eşitsiz bir kaldıraç olarak aldı ve 2 kat daha fazla güç kazandı. Dönme merkezine göre, dengede eşit olması gereken kuvvet momentleri vardır.

Arşimed hareketli bloğun mekanik özelliklerini inceledi ve uygulamaya koydu. Athenaeus'a göre, "Syracuse Tyrant Hieron tarafından inşa edilen devasa bir gemiyi başlatmak için birçok yöntem geliştirildi, ancak basit Arşimetler, basit mekanizmalar kullanarak gemiyi birkaç kişinin yardımıyla hareket ettirmeyi başardı. .

Blok, mekaniğin altın kuralını doğrulayan, işte bir kazanç sağlamaz. Bu, el ve ağırlık tarafından kat edilen mesafelere dikkat edilerek kolayca doğrulanabilir.

Geçmişe ait yelkenli gemiler gibi spor yelkenli gemiler, yelkenleri kurarken ve yönetirken bloksuz kullanamazlar. Modern gemiler, sinyalleri yükseltmek için bloklara, teknelere ihtiyaç duyar.

Tellerin gerginliğini ayarlamak için elektrikli demiryolu hattı üzerinde hareketli ve sabit blokların bu kombinasyonu.

Bu tür bir blok sistemi, planörlerle araçlarını havaya kaldırmak için kullanılabilir.