Бібліографічний опис:  Шумейко А. В., Веташенко О. Г. Сучасний погляд на простий механізм «блок», що вивчається за підручниками фізики для 7 класу // Юний учений. 2016. №2. С. 106-113..07.2019).

  Підручники фізики для 7 класу при вивченні простого механізму блок по-різному трактують отримання виграшу в силі при підйомі вантажу з допомогою цього механізму, наприклад: в підручнику Пёришкіна А. В. виграш в силі досягається за допомогою колеса блоку, на який діють сили важеля, а в підручнику Генденштейн Л. Е. той же виграш отримують з допомогою троса, на який діє сила натягу троса. Різні підручники, різні предмети і різні сили - для отримання виграшу в силі, при підйомі вантажу. Тому метою даної статті є пошук предметів і сил, з допомогою яких виходить виграш в силі, при підйомі вантажу простим механізмом блок.

Ключові слова:

Спочатку ознайомимося і порівняємо як отримують виграш в силі, при підйомі вантажу простим механізмом блок, в підручниках фізики для 7 класу, для цього витяги з текстів підручників, з однаковими поняттями, для наочності розмістимо в таблиці.

Підіб'ємо підсумок ознайомлення і порівняння текстів і малюнків в підручниках:

Докази отримання виграшу в силі в підручнику Пёришкіна А. В. проводяться на колесі блоку і діюча сила - сила важеля; при підйомі вантажу нерухомий блок не дає виграшу в силі, а рухливий блок дає виграш в силі в 2 рази. Про тросі, на якому висить тягар на нерухомому блоці і рухливий блок з вантажем, немає згадки.

З іншого боку, в підручнику Генденштейн Л. Е. докази виграшу в силі проводяться на тросу, на якому висить тягар або рухливий блок з вантажем і діюча сила - сила натягу троса; при підйомі вантажу нерухомий блок може давати виграш в силі в 2 рази, а про важелі, на колесі блоку, в тексті немає згадки.

Пошук літератури з описом отримання виграшу в силі блоком і тросом привели до «Елементарний підручник фізики» під редакцією академіка Г. С. Ландсберг, в §84. Прості машини на стр.168-175 дано опису: «простого блоку, подвійного блоку, ворота, поліспаста і диференціального блоку». Дійсно, за своєю конструкцією, «подвійний блок дає виграш в силі, при підйомі вантажу, за рахунок різниці в довжині радіусів блоків», за допомогою яких відбувається підйом вантажу, а «поліспаст - дає виграш в силі, при підйомі вантажу, за рахунок мотузки , на декількох частинах якої, висить тягар ». Таким чином вдалося дізнатися чому дають виграш в силі, при підйомі вантажу, окремо блок і трос (мотузка), але не вдалося дізнатися, як блок і трос взаємодіють між собою і передають вагу вантажу одна одній, так як вантаж може бути підвішений на тросі , а трос перекинутий через блок або вантаж може висіти на блоці, а блок висить на тросі. З'ясувалося, що сила натягу троса постійна і діє по всій довжині троса, тому передача ваги вантажу тросом блоку буде в кожній точці дотику троса і блоку, а також передача ваги вантажу підвішеного на блоці - тросу. Для уточнення взаємодії блоку з тросом проведемо досліди з отримання виграшу в силі рухомим блоком, при підйомі вантажу, з використанням обладнання шкільного кабінету фізики: динамометри, лабораторні блоки і набір вантажів в 1Н (102 г). Досліди почнемо з рухомого блоку, тому що маємо три різні версії отримання виграшу в силі цим блоком. Перша версія - це «Ріс.180. Рухомий блок як важіль з нерівними плечима »- підручник Пёришкіна А. В., друга« Ріс.24.5 ... дві однакові сили натягу троса F », - за підручником Генденштейн Л. Е. і нарешті третя« Ріс.145.Поліспаст » . Підйом вантажу рухомий обоймою поліспаста на декількох частинах однієї мотузки - відповідно до підручника Ландсберга Г. С.

Досвід №1. «Ріс.183»

Для проведення досліду № 1, отримання виграшу в силі на рухомому блоці «важелем з нерівними плечима ОАВ ріс.180» за підручником Пёришкіна А. В., на рухомому блоці «ріс.183» положення 1, намалюємо важіль з нерівними плечима ОАВ, як на «ріс.180», і почнемо підйом вантажу з положення 1 в положення 2. у цю ж мить блок починає обертання, проти годинникової стрілки, навколо своєї осі в точці а, а точка в - кінець важеля, за який відбувається підйом, виходить за межі півкола, по якій трос знизу огинає рухливий блок. Точка О - точка опори важеля, яка повинна бути нерухомою, йде вниз см. «Ріс.183» - положення 2, т. Е. Важіль з нерівними плечима ОАВ змінюється як важіль з рівними плечима (однакові шляхи проходять точки О і В).

На основі отриманих даних в досвіді № 1 про змін положення важеля ОАВ на рухомому блоці при підйомі вантажу з положення 1 в положення 2, можна зробити висновок про те, що уявлення рухомого блоку як важеля з нерівними плечима на «ріс.180», при підйомі вантажу, з обертанням блоку навколо своєї осі, відповідає важелю з рівними плечима, який не дає виграшу в силі, при підйомі вантажу.

Досвід № 2 почнемо з кріплення динамометрів на кінці троса, на який повісимо рухливий блок з вантажем вагою 102 г, що відповідає силі тяжіння 1 Н. Один з кінців троса закріпимо на підвісі, а за другий кінець троса будемо виробляти підйом вантажу на рухомому блоці. Перед підйомом свідчення обох динамометрів по 0,5 Н, спочатку підйому показання динамометра, за який відбувається підйом, змінилося до 0,6 Н, і залишалося таким під час підйому, після закінчення підйому свідчення повернулися до 0,5 Н. Показання динамометра, закріпленого за нерухомий підвіс не змінювалося під час підйому і залишилась рівною 0,5 Н. Проведемо аналіз результатів експерименту:

1. Перед підйомом, коли вантаж в 1 Н (102 г) висить на рухомому блоці, вага вантажу розподіляється на все колесо і передається тросу, який знизу огинає блок, всієї півколом колеса.
2. Перед підйомом свідчення обох динамометрів по 0,5 Н, що свідчить про розподіл ваги вантажу в 1 Н (102 г) на дві частини троса (до і після блоку) або про те, що сила натягу троса дорівнює 0,5 Н, і однакова по всій довжині троса (яка на початку, така ж і в кінці троса) - обидва ці твердження вірні.

Проведемо порівняння аналізу досвіду № 2 з версіями підручників про отримання виграшу в силі в 2 рази рухомим блоком. Почнемо з твердження в підручнику Генденштейн Л. Е. «... що до блоку включені три сили: вага вантажу Р, спрямований вниз, і дві однакові сили натягу троса, спрямовані вгору (ріс.24.5)». Точніше буде твердження, що вага вантажу на «рис. 14.5 »розподілився на дві частини троса, до і після блоку, так як сила натягу троса - одна. Залишилося проаналізувати підпис під «ріс.181» з підручника Пёришкіна А. В. «Комбінація рухомих і нерухомих блоків - поліспаст». Опис пристрою і отримання виграшу в силі, при підйомі вантажу, поліспасти дано в елементарних підручників фізики під ред. Лансберг Г. С. де сказано: «Кожен шматок мотузки між блоками буде діяти на рухомий вантаж з силою Т, а все шматки мотузки будуть діяти з силою nT, де n - число окремих ділянок мотузки, що з'єднують обидві частини блоку». Виходить, що якщо до «ріс.181» застосувати отримання виграшу в силі «мотузкою, що з'єднує обидві частини» поліспаста з Елементарного підручника фізики Ландсберга Г. С., то опис отримання виграшу в силі рухомим блоком на «ріс.179 і відповідно рис. 180 »буде помилкою.

Проаналізувавши чотири підручника фізики можна зробити висновок, що існуючий опис отримання виграшу в силі простим механізмом блок не відповідає реальному стану справи і тому вимагає нового опису роботи простого механізму блок.

Простий вантажопідйомний механізм  складається з блоку і троса (мотузки або ланцюга).

Блоки цього вантажопідйомного механізму підрозділяються:

по конструкції на прості і складні;

за способом підйому вантажу на рухомі і нерухомі.

Знайомство з конструкцією блоків почнемо з простого блоку, Який представляє собою колесо, що обертається навколо своєї осі, з жолобом по колу для троса (мотузки, ланцюга) рис.1 і його можна розглядати як рівноплечого важіль, у якого плечі сил рівні радіусу колеса: ОА \u003d ОВ \u003d r. Такий блок не дає виграшу в силі, але дозволяє змінювати напрямок руху троса (мотузки, ланцюга).

подвійний блок  складається з двох блоків різних радіусів, жорстко скріплених між собою і насаджених на загальну вісь рис.2. Радіуси блоків r1 і r2 різні і при підйомі вантажу діють як важіль з нерівними плечима, а виграш в силі буде дорівнює відношенню довжин радіусів блоку більшого діаметра до блоку меншого діаметра F \u003d Р · r1 / r2.

воріт складається з циліндра (барабана) і прикріпленою до нього рукоятки, яка виконує роль блоку великого діаметра, Виграш в силі, що дається коміром, визначається відношенням радіуса кола R, описуваної рукояткою, до радіусу циліндра r, на який намотана мотузка F \u003d Р · r / R.

Перейдемо до способу підйому вантажу блоками. З опису конструкції все блоку мають вісь, навколо якої вони обертаються. Якщо вісь блоку закріплена і при підйомі вантажів не піднімається і не опускається, то такий блок називається нерухомим блоком,простий блок, подвійний блок, воріт.

У рухомого блокувісь піднімається і опускається разом з вантажем рис.10 і він призначений в основному для усунення перегину троса в місці підвісу вантажу.

Ознайомимося до пристроєм і способом підйому вантажу другою частиною простого вантажопідйомного механізму - це трос, мотузка або ланцюг. Трос світ зі сталевих зволікань, мотузка свита з ниток або пасом, а ланцюг складається з ланок, з'єднаних між собою.

Способи підвісу вантажу і отримання виграшу в силі, при підйомі вантажу, тросом:

На рис. 4 вантаж закріплений на одному кінці троса і якщо піднімати вантаж за інший кінець троса, то для підйому цього вантажу потрібно сила трохи більше ваги вантажу, так як простий блок виграшу в силі не дає F \u003d Р.

На рис.5 вантаж робочий піднімає самого себе за трос, який зверху огинає простий блок, на одному кінці першої частини троса закріплено сидіння, на якому сидить робочий, а за другу частину троса робочий піднімає самого себе з силою в 2 рази меншою своєї ваги, тому що вага робочого розподілився на дві частини троса, перша - від сидіння до блоку, а друга - від блоку до рук робочого F \u003d Р / 2.

На рис.6 вантаж піднімають двоє робітників за два троса і вага вантажу розподіляться порівну між тросами і тому кожен робочий буде піднімати вантаж з силою половини ваги вантажу F \u003d Р / 2.

На рис.7 робочі піднімають вантаж, який висить на двох частинах одного троса і вага вантажу розподіляться порівну між частинами цього троса (як між двома тросами) і кожен робочий буде піднімати вантаж з силою дорівнює половині ваги вантажу F \u003d Р / 2.

На рис.8 кінець троса, за який піднімав вантаж один з робітників, закріпили на нерухомому підвісі, а вага вантажу розподілився на дві частини троса і при підйомі вантажу робочим за другий кінець троса, сила, з якою робочий буде піднімати вантаж, в два рази менше ваги вантажу F \u003d Р / 2 і підйом вантажу буде в 2 рази повільніше.

На рис.9 вантаж висить на 3 частинах одного троса, один кінець якого закріплений і виграш в силі, при підйомі вантажу, буде дорівнює 3, так як вага вантажу розподілиться на три частини троса F \u003d Р / 3.

Для усунення перегину і зменшення сили тертя в місці підвісу вантажу встановлюється простий блок і сила необхідна для підйому вантажу не змінилася, так як простий блок не дає виграшу в силі рис.10 і рис.11, а сам блок буде називатися рухомим блоком, Так як вісь цього блоку піднімається і опускається разом з вантажем.

Теоретично вантаж можна підвісити на необмежене число частин одного троса, але практично обмежуються шістьма частинами і такий вантажопідйомний механізм називається поліспаст, Який складається з нерухомої і рухомої обойм з простими блоками, які по черзі обгинаються тросом, одним кінцем закріплений на нерухомій обоймі, а підйом вантажу виробляють за другий кінець троса. Виграш в силі залежить від кількості частин троса між нерухомою і рухомою обоймами, як правило це 6 частин троса і виграш в силі 6 разів.

У статті розглянуті реально існуючі взаємодії між блоками і тросом при підйомі вантажу. Існуюча практика у визначенні що «нерухомий блок не дає виграшу в силі, а рухливий блок дає виграш в силі в 2 рази» помилково трактувала взаємодія троса і блоку в підйомному механізмі і не відображала всього різноманіття конструкції блоків, а це призводило до розвитку односторонніх помилкових уявлень про блоці. У порівнянні з існуючими обсягами матеріалу для вивчення простого механізму блок, обсяг статті збільшився в 2 рази, але це дозволило наочно і дохідливо пояснити процеси, що протікають в простому вантажопідйомні механізми не тільки учням, а й вчителям.

література:

1. Пёришкін, А. В. Фізика, 7 кл .: Підручник / А. В. Пёришкін.- 3-е изд., Доп.- М .: Дрофа, 2014 року, - 224 c ,: мул. ISBN 978-5-358-14436-1. § 61. Застосування правила рівноваги важеля до блоку, стр.181-183.
2. Генденштейн, Л. Е. Фізика. 7 клас. У 2 ч. Ч. 1. Підручник для загальноосвітніх установ / Л. Е. Генденштен, А. Б. Кайдалов, В. Б. Кожевников; під ред. В. А. Орлова, І, І. Ройзена.- 2-е изд., Испр. - М .: Мнемозина, 2010.-254 с .: іл. ISBN 978-5-346-01453-9. § 24. Прості механізми, стр.188-196.
3. Елементарний підручник фізики, під редакцією академіка Г. С. Ландсберг Том 1. Механіка. Теплота. Молекулярна фізіка.- 10 вид.- М .: Наука, 1985. § 84. Прості машини, стор. 168-175.
4. Громов, С. В. Фізика: Учеб. для 7 кл. загальноосвіт. установ / С. В. Громов, Н. А. Родіна.- 3-е изд. - М .: Просвещение, 2001.-158 с,: ил. ISBN-5-09-010349-6. §22. Блок, стор.55 -57.

Ключові слова: блок, подвійний блок, нерухомий блок, рухливий блок, поліспаст..

анотація:   Підручники фізики для 7 класу при вивченні простого механізму блок по-різному трактують отримання виграшу в силі при підйомі вантажу за допомогою цього механізму, наприклад: в підручнику Пёришкіна А. В. виграш в силі досягається за допомогою колеса блоку, на який діють сили важеля, а в підручнику Генденштейн Л. Е. той же виграш отримують за допомогою троса, на який діє сила натягу троса. Різні підручники, різні предмети і різні сили - для отримання виграшу в силі, при підйомі вантажу. Тому метою даної статті є пошук предметів і сил, за допомогою яких виходить виграш в силі, при підйомі вантажу простим механізмом блок.

4.1. елементи статики

4.1.7. Деякі прості механізми: блоки

Пристрої, призначені для переміщення (підйому, опускання) вантажів за допомогою колеса і перекинутої через нього нитки, до якої прикладена деяка сила, називаються блоками. Розрізняють нерухомі і рухомі блоки.

Блоки призначені для переміщення вантажу вагою P → c допомогою сили F →, яка додається до мотузки, перекинутої через колесо.

для будь-яких типів блоків  (Нерухомих і рухомих) виконується умова рівноваги:

d 1 F \u003d d 2 P,

де d 1 - плече сили F →, яка додається до мотузки; d 2 - плече сили P → (ваги вантажу, переміщуваного за допомогою даного блоку).

В нерухомому блоці  (Рис. 4.8) плечі сил F → і P → однакові і рівні радіусу блоку:

d 1 \u003d d 2 \u003d R,

тому модулі сил рівні між собою:

F \u003d P.

Мал. 4.8

За допомогою нерухомого блоку тіло вагою P → можна перемістити, прикладаючи силу F →, величина якої збігається з величиною ваги вантажу.

У рухомому блоці (рис. 4.9) плечі сил F → і P → різні:

d 1 \u003d 2R і d 2 \u003d R,

де d 1 - плече сили F →, яка додається до мотузки; d 2 - плече сили P → (ваги вантажу, переміщуваного за допомогою даного блоку),

тому модулі сил підкоряються рівності:

Мал. 4.9

За допомогою рухомого блоку тіло вагою P → можна перемістити, прикладаючи силу F →, величина якої вдвічі менше величини ваги вантажу.

Блоки дозволяють перемістити тіло на деяку відстань:

• нерухомий блок не дає виграшу в силі; він лише змінює напрямок прикладеної сили;
• рухливий блок дає виграш в силі в 2 рази.

Однак і рухливий, і нерухомий блоки не дають виграшу в роботі: у скільки разів виграємо в силі, в стільки разів програємо у відстані ( «золоте правило» механіки).

Приклад 22. Система складається з двох невагомих блоків: одного рухомого і одного нерухомого. Вантаж масою 0,40 кг підвішений до осі рухомого блоку і стосується статі. До вільного кінця мотузки, перекинутої через нерухомий блок, прикладають деяку силу так, як показано на малюнку. Під дією цієї сили вантаж піднімається зі стану спокою на висоту 4,0 м за 2,0 с. Знайти модуль сили, прикладеної до мотузки.

2 T → '+ P → \u003d m a →,

2 T '- m g \u003d m a,

a \u003d 2 F - m g m.

Пройдений вантажем шлях збігається з його висотою над поверхнею підлоги і пов'язаний з часом його руху t формулою

або з урахуванням виразу для модуля прискорення

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

Висловимо звідси шукану силу:

F \u003d m (h t 2 + g 2)

і розрахуємо її значення:

F \u003d 0,40 (4,0 (2,0) 2 +10 2) \u003d 2,4 Н.

Приклад 23. Система складається з двох невагомих блоків: одного рухомого і одного нерухомого. Деякий вантаж підвішений до осі нерухомого блоку так, як показано на малюнку. Під дією постійної сили, яка додається до вільного кінця мотузки, вантаж починає рухатися з постійним прискоренням і переміщується вгору на відстань 3,0 м за 2,0 с. За час руху вантажу прикладена сила розвиває середню потужність 12 Вт. Знайти масу вантажу.

Рішення . Сили, що діють на рухомий і нерухомий блоки, показані на малюнку.

На нерухомий блок з боку мотузки діють дві сили T → (по обидві сторони від блоку); під дією зазначених сил поступальний рух блоку відсутня. Кожна із зазначених сил дорівнює силі F →, яка додається до кінця мотузки:

На рухливий блок діють три сили: дві сили натягу мотузки T → '(по обидві сторони від блоку) і вага вантажу P → \u003d m g →; під дією зазначених сил блок (разом з підвішеним до нього вантажем) рухається вгору з прискоренням.

Запишемо другий закон Ньютона для рухомого блоку у вигляді:

2 T → '+ P → \u003d m a →,

або в проекції на координатну вісь, направлену вертикально вгору,

2 T '- m g \u003d m a,

де T '- модуль сили натягу мотузки; m - маса вантажу (маса рухомого блоку з вантажем); g - модуль прискорення вільного падіння; a - модуль прискорення блоку (вантаж має таке ж прискорення, тому далі будемо говорити про прискорення вантажу).

Модуль сили натягу мотузки T 'дорівнює модулю сили T:

тому модуль прискорення вантажу визначається виразом

a \u003d 2 F - m g m.

З іншого боку, прискорення вантажу визначається формулою для пройденого шляху:

де t - час руху вантажу.

рівність

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

дозволяє отримати вираз для модуля прикладеної сили:

F \u003d m (S t 2 + g 2).

Вантаж рухається рівноприскореному, тому модуль його швидкості визначається виразом

v \u003d at,

а середня швидкість руху -

\u003cV\u003e \u003d S t \u003d a t 2.

Величина середньої потужності, що розвивається прикладеною силою, визначається формулою

\u003cN\u003e \u003d F \u003cv\u003e,

або з урахуванням виразів для модуля сили і середньої швидкості:

\u003cN\u003e \u003d m a (2 S + g t 2) 4 t.

Звідси висловимо шукану масу:

m \u003d 4 t \u003cN\u003e a (2 S + g t 2).

Підставами в отриману формулу вираз для прискорення (a \u003d 2S / t 2):

m \u003d 2 t 3 \u003cN\u003e S (2 S + g t 2)

і зробимо розрахунок:

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

Звіт по виконанню дослідного завдання

«Вивчення системи блоків, що дають виграш в силі в 2, 3, 4 рази»

учнів 7 класу.

Середня школа № 76, м Ярославль

Тема роботи: Вивчення системи блоків, що дають виграш в силі в 2, 3, 4 рази.

Мета роботи: Застосовуючи системи блоків, отримати виграш в силі в 2, 3, 4 рази.

устаткування:   рухомі та нерухомі блоки, штативи, лапки з муфтами, вантажі, мотузка.

План роботи:

Вивчити теоретичний матеріал по темі «Прості механізми. Блоки »;

Зібрати і дати опис установок - системи блоків, що дають виграш в силі в 2, 3, 4 рази.

Аналіз результатів експерименту;

висновок

«Трохи про блоках»

У сучасній техніці широко використовуються вантажопідйомні механізми, незамінними складовими частинами яких, можна назвати прості механізми. Серед них найдавніші винаходи людства - блоки. Давньогрецький вчений Архімед полегшив працю людини, давши йому при використанні свого винаходу виграш в силі, і навчив міняти напрям дії сили.

Блок - це колесо з жолобом по колу для каната або ланцюга, вісь якого жорстко прикріплена до стіни або сволока. Вантажопідйомні пристрої зазвичай використовують не один, а кілька блоків. Система блоків і тросів, призначена для підвищення вантажопідйомності, називається поліспаст.

На уроках фізики ми вивчаємо рухливий і нерухомий блок. За допомогою нерухомого блоку можна міняти напрям дії сили. А рухливий блок - зменшувати дає виграш в силі в 2 рази.нерухомий блок Архімед розглядав як рівноплечого важіль. Момент сили, що діє з одного боку нерухомого блоку, дорівнює моменту сили, яка додається з іншого боку блоку. Однакові і сили, що створюють ці моменти. А рухливий блок Архімед брав за неравноплечіе важіль. Щодо центру обертання діють моменти сил, які при рівновазі повинні бути рівні.

Креслення блоків:

2. Збірка установок - систем блоків, що дають виграш в силі в 2, 3 і в 4 рази.

В роботі використовуємо вантаж,вага якого дорівнює 4 Н   (Рис.3).

Мал. 3

Використовуючи рухомі та нерухомі блоки, наша команда зібрала наступні установки:

Система блоків, що дає виграш в силі в 2 рази   (Рис.4 і Рис.5).

У даній системі блоків використовуються рухливий і нерухомий блоки. Така комбінація дає виграш в силі в два рази. Тому до точки А потрібно прикласти силу, рівну половині ваги вантажу.

рис.4

рис.5

На фотографії (Рис.5) видно, що дана установка дає виграш в силі в 2 рази, динамометр показує силу приблизно рівну 2 Н. Від вантажу йде дві мотузки. Вага блоків не враховуємо.

Система блоків, що дає виграш в силі в 3 рази . Рис.6 і Рис.7

У даній системі блоків використовуються два рухомих і нерухомий блоків. Така комбінація дає виграш в силі в три рази. Принцип роботи нашої установки з кратністю 3 (виграш в силі в 3 рази) виглядає так, як показано на малюнку. Кінець мотузки кріпиться на платформі, потім мотузка перекидається через нерухомий блок. Ще раз - через рухомий блок, який тримає платформу з вантажем. Потім мотузку витягуємо через ще один нерухомий блок. Такий тип механізму дає виграш в силі в 3 рази, це непарний варіант. Користуємося простим правилом: скільки мотузок йде від вантажу, такий наш виграш в силі. У довжині мотузки ми програємо рівно стільки, у скільки разів виявляється виграш в силі.

рис.6

рис.7

рис.8

На фотографії (Рис.8) видно, що динамометр показує силу приблизно рівну 1,5 Н. Похибка дає вага рухомого блоку і платформи. Від вантажу йде три мотузки.

Система блоків, що дає виграш в силі в 4 рази .

У даній системі блоків використовуються два рухомих і два нерухомий блоків. Така комбінація дає виграш в силі в чотири рази. (Рис.9 і Рис.10).

Мал. 9

рис.10

На фотографії (Рис.10) видно, що дана установка дає виграш в силі в 4 рази, динамометр показує силу приблизно рівну 1 Н. Від вантажу йде чотири мотузки.

висновок:

Система рухомих і нерухомих блоків, що складається з мотузок і блоків, дозволяє виграти в ефективній силі при втраті в довжині. Користуємося простим правилом - золотим правилом механіки: скільки мотузок йде від вантажу, такий наш виграш в силі. У довжині мотузки ми програємо рівно стільки, у скільки разів виявляється виграш в силі. Завдяки цьому золотому правилу механіки можна піднімати вантажі великої маси, не докладаючи при цьому великих зусиль.

Знаючи це правило можна створити системи блоків - поліспаст, що дозволяють вигравати в силі в п-е кількість разів. Тому блоки і системи блоків широко використовуються в різних сферах нашого життя. Подвіжние і нерухомі блоки широко використовуються в передавальних механізмах автомобілів. Крім цього, блоки використовуються будівельниками для підйому великих і малих вантажів (Наприклад, при ремонті зовнішніх фасадів будівель, будівельники часто працюють в колисці, яка може переміщатися між поверхами. По завершенні роботи на поверсі, робочі досить швидко можуть пересунути люльку на поверх вище, використовуючи при цьому лише власну силу). Блоки отримали таке широке поширення через простоту їх складання і зручності роботи з ними.

Будемо поки вважати, що масою блоку і троса, а також тертям в блоці можна знехтувати. В такому випадку можна вважати силу натягу троса однаковою у всіх його частинах. Крім того, трос вважатимемо нерозтяжна, а його масу - пренебрежимо малої.

нерухомий блок

Нерухомий блок використовують для того, щоб змінити напрямок дії сили. На рис. 24.1, а показано, як за допомогою нерухомого блоку змінити напрямок сили на протилежне. Однак з його допомогою можна змінити напрямок дії сили як завгодно.

Намалюйте схему використання нерухомого блоку, за допомогою якого можна повернути напрямок дії сили на 90 °.

Чи дає нерухомий блок виграш в силі? Розглянемо це на прикладі, показаному на рис. 24.1, а. Трос натягнутий силою, яка додається рибалкою до вільного кінця троса. Сила натягу троса залишається постійною уздовж троса, тому з боку троса на вантаж (рибу) діє така ж по модулю сила. Отже, нерухомий блок не дає виграшу в силі.

При використанні нерухомого блоку вантаж піднімається на стільки ж, на скільки опускається кінець троса, до якого додається силу рибалка. Це означає, що, використовуючи нерухомий блок, ми не виграємо і не програємо в дорозі.

рухомий блок

поставимо досвід

Піднімаючи вантаж за допомогою легкого рухомого блоку, ми помітимо, що, якщо тертя мало, то для підйому вантажу треба прикладати силу, яка приблизно в 2 рази менше ваги вантажу (рис. 24.3). Таким чином, рухливий блок дає виграш в силі в 2 рази.

Мал. 24.3. При використанні рухомого блоку ми виграємо в силі в 2 рази, але в стільки ж разів програємо у шляху

Однак за подвійний виграш в силі доводиться платити таким же програшем в дорозі: щоб підняти вантаж, наприклад, на 1 м, треба підняти кінець перекинуто через блок троса на 2 м.

Те, що рухливий блок дає подвійний виграш в силі, можна довести і не вдаючись до досвіду (див. Нижче розділ «Чому рухливий блок дає виграш в силі в два рази?»).

Найчастіше прості механізми використовують, щоб отримати виграш в силі. Тобто меншою силою перемістити більший по-порівнянні з нею вага. При цьому виграш в силі досягається не «безкоштовно». Розплатою за нього є втрата в відстані, тобто потрібно зробити більше переміщення, ніж без використання простого механізму. Однак коли сили обмежені, то «обмін» відстані на силу вигідний.

Рухомий і нерухомий блоки є одними з видів простих механізмів. Крім того, вони є видозміненим важелем, який також є простим механізмом.

нерухомий блок  не дає виграш в силі, він просто змінює напрямок її застосування. Уявіть, що вам треба підняти за мотузку важкий вантаж вгору. Вам доведеться тягнути його вгору. Але якщо використовувати нерухомий блок, то тягнути треба буде вниз, в той час як вантаж буде підніматися вгору. В цьому випадку вам буде простіше, так як необхідна сила буде складатися з сили м'язів і вашої ваги. Без використання нерухомого блоку треба було б прикладати таку ж силу, але вона досягалася б виключно за рахунок сили м'язів.

Нерухомий блок являє собою колесо з жолобом для мотузки. Колесо закріплено, воно може обертатися навколо своєї осі, але не може переміщатися. Кінці мотузки (троса) звисають вниз, до одного прикріплений вантаж, а до іншому прикладається сила. Якщо тягнути за трос вниз, то вантаж піднімається вгору.

Так як тут немає виграшу в силі, то немає і програшу в відстані. На яку відстань підніметься вантаж, на таку ж відстань треба опустити мотузку.

Використання рухомого блоку дає виграш в силі в два рази (в ідеалі). Це означає, що якщо вага вантажу дорівнює F, то щоб його підняти, треба прикласти силу F / 2. Рухомий блок складається все з того ж колеса з жолобом для троса. Однак тут закріплений один кінець троса, а колесо рухомо. Колесо рухається разом з вантажем.

Вага вантажу - це сила, спрямована вниз. Його врівноважують дві сили, спрямовані вгору. Одну створює опора, до якої прикріплений трос, а іншу тягне за трос. Сила натягу троса однакова з обох сторін, значить, між ними порівну розподіляється вага вантажу. Тому кожна з сил в 2 рази менше ваги вантажу.

У реальних ситуаціях виграш в силі менше, ніж в 2 рази, так як піднімає сила частково «витрачається» на вагу мотузки і блоку, а також тертя.

Рухомий блок, даючи майже подвійний виграш в силі, дає подвійний програш в відстані. Щоб підняти вантаж на певну висоту h, треба щоб мотузки з кожного боку блоку зменшилися на цю висоту, тобто в сумі виходить 2h.

Зазвичай використовують комбінації з нерухомих і рухомих блоків - поліспасти. Вони дозволяють отримати виграш в силі і напрямку. Чим більше в поліспасті рухомих блоків, тим більше буде виграш в силі.