Basit mekanizmalar. Engellemek

Hareketli blok farklıdır sabit konular ekseni sabit değildir ve yük ile birlikte yükselip alçalabilmektedir.

Şekil 1. Hareketli blok

Beğenmek sabit blok hareketli blok, kablo için bir oyuk bulunan aynı tekerlekten oluşur. Ancak kablonun bir ucu buraya sabitlenmiştir ve tekerlek hareketlidir. Tekerlek yük ile birlikte hareket eder.

Arşimed'in belirttiği gibi, hareketli blok aslında bir kaldıraçtır ve aynı prensipte çalışır, omuzlardaki farklılıktan dolayı güç kazancı sağlar.

Şekil 2. Hareketli bloktaki kuvvetler ve kuvvetler

Hareketli blok sanki bir ipin üzerinde duruyormuş gibi yük ile birlikte hareket eder. Bu durumda dayanak noktası her an bloğun bir taraftaki ip ile temas noktasında olacak, yükün etkisi bloğun eksene bağlandığı merkezine uygulanacaktır. ve bloğun diğer tarafındaki ipin temas ettiği noktaya çekme kuvveti uygulanacaktır. Yani vücut ağırlığının omuzu bloğun yarıçapı, çekiş kuvvetimizin omuzu ise çap olacaktır. Bu durumda moment kuralı şöyle görünecektir:

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

Böylece hareketli blok iki kat güç kazancı sağlar.

Genellikle pratikte sabit bir blok ile hareketli bir bloktan oluşan bir kombinasyon kullanılır (Şekil 3). Sabit blok yalnızca kolaylık sağlamak amacıyla kullanılır. Kuvvetin yönünü değiştirerek örneğin yerde dururken bir yükün kaldırılmasına olanak tanır ve hareketli blok kuvvet kazancı sağlar.

Şekil 3. Sabit ve hareketli blokların kombinasyonu

İdeal blokları, yani sürtünme kuvvetlerinin etkisinin dikkate alınmadığı blokları inceledik. Gerçek bloklar için düzeltme faktörlerinin eklenmesi gerekir. Aşağıdaki formüller kullanılır:

Sabit blok

$F = f 1/2 mg $

Bu formüllerde: $F$ uygulanan dış kuvvettir (genellikle bir kişinin elinin kuvvetidir), $m$ yükün kütlesidir, $g$ yer çekimi katsayısıdır, $f$ bloktaki direnç katsayısıdır (zincirler için yaklaşık 1,05 ve halatlar için 1,1).

Hareketli ve sabit bloklardan oluşan bir sistem kullanan yükleyici, $F$ = 160 N kuvvet uygulayarak alet kutusunu $S_1$ = 7 m yüksekliğe kaldırır. Kutunun kütlesi nedir ve halat kaç metredir? yük kaldırılırken kaldırılması gerekecek mi? Sonuç olarak yükleyici ne iş yapacak? Bunu, yükü taşımak için yapılan işle karşılaştırın. Hareketli bloğun sürtünmesini ve kütlesini ihmal edin.

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Hareketli blok, güçte iki kat kazanç ve harekette iki kat kayıp sağlar. Sabit bir blok kuvvet kazancı sağlamaz ancak yönünü değiştirir. Böylece uygulanan kuvvet yükün ağırlığının yarısı kadar olacaktır: $F = 1/2P = 1/2mg$, buradan kutunun kütlesini buluruz: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$

Yükün hareketi seçilen halatın uzunluğunun yarısı kadar olacaktır:

Yükleyicinin yaptığı iş, uygulanan kuvvet ile yükün hareketinin çarpımına eşittir: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Yük üzerinde yapılan iş:

Cevap: Kutunun kütlesi 32,65 kg'dır. Seçilen halatın uzunluğu 14 m'dir. Yapılan iş 2240 J'dir ve yükün kaldırılma yöntemine bağlı olmayıp sadece yükün kütlesine ve kaldırma yüksekliğine bağlıdır.

Sorun 2

Halat 154 N'luk bir kuvvetle çekilirse, 20 N ağırlığındaki hareketli bir blok kullanılarak hangi yük kaldırılabilir?

Hareketli blok için moment kuralını yazalım: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, burada $f$ - düzeltme faktörü halat için.

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

Cevap: Yükün ağırlığı 260 N'dir.

Modern teknolojide şantiyelerde ve işletmelerde vazgeçilmez olan yüklerin taşınmasında kaldırma mekanizmaları yaygın olarak kullanılmaktadır. bileşenler buna basit mekanizmalar denilebilir. Aralarında eski icatlar insanlık: blok ve kaldıraç. Antik Yunan bilim adamı Arşimed, icadını kullanırken ona güç kazandırarak insanın işini kolaylaştırmış ve ona kuvvetin yönünü değiştirmeyi öğretmiştir.

Blok, ekseni bir duvara veya tavan kirişine sıkı bir şekilde tutturulmuş, bir halat veya zincir için çevresi etrafında bir oluk bulunan bir tekerlektir.

Kaldırma cihazları genellikle bir değil birkaç blok kullanır. Yük kapasitesini artırmak için tasarlanmış blok ve kablolardan oluşan sisteme zincirli vinç adı verilir.

Hareketli ve sabit blok, kaldıraçla aynı eski basit mekanizmalardır. Zaten MÖ 212'de, bloklara bağlanan kancalar ve kıskaçların yardımıyla Syracusalılar, Romalılardan kuşatma ekipmanlarını ele geçirdiler. Askeri araçların inşası ve şehrin savunması Arşimed tarafından yönetildi.

Arşimet sabit bir bloğu eşit kollu bir kaldıraç olarak görüyordu.

Bloğun bir tarafına etki eden kuvvetin momenti, bloğun diğer tarafına uygulanan kuvvetin momentine eşittir. Bu anları yaratan güçler de aynıdır.

Güçte bir kazanç yoktur, ancak böyle bir blok bazen gerekli olan kuvvetin yönünü değiştirmenize olanak tanır.

Arşimet, hareketli bloğu, kuvvette 2 kat kazanç sağlayan eşit olmayan bir kaldıraç olarak aldı. Dönme merkezine göre, dengede eşit olması gereken kuvvet momentleri etki eder.

Arşimed, hareketli bloğun mekanik özelliklerini inceledi ve bunu pratikte uyguladı. Athenaeus'a göre, "Sirakusalı tiran Hieron tarafından inşa edilen devasa gemiyi suya indirmek için birçok yöntem icat edildi, ancak tamirci Arşimet, basit mekanizmalar kullanarak, birkaç kişinin yardımıyla tek başına gemiyi hareket ettirmeyi başardı. ve onun yardımıyla devasa bir gemiyi denize indirdi.”

Blok, işte bir kazanç sağlamaz, onaylar altın kural mekanik. Elin kat ettiği mesafeye ve ağırlığa dikkat edilerek bunu doğrulamak kolaydır.

Spor yelkenli gemiler, geçmişin yelkenli tekneleri gibi, yelkenleri ayarlarken ve kontrol ederken bloklar olmadan yapamazlar. Modern gemilerin sinyalleri ve tekneleri kaldırmak için bloklara ihtiyacı vardır.

Bu, tellerin gerginliğini ayarlamak için elektrikli bir demiryolu hattı üzerindeki hareketli ve sabit blokların birleşimidir.

Bu blok sistemi planör pilotları tarafından cihazlarını havaya kaldırmak için kullanılabilir.

Araştırma ödevi raporu

“2, 3, 4 kat güç kazandıran blok sisteminin incelenmesi”

7. sınıf öğrencileri.

Ortaokul No. 76, Yaroslavl

Başlık: 2, 3, 4 kat güç kazancı sağlayan blok sisteminin incelenmesi.

Çalışmanın amacı: Blok sistemlerini kullanarak 2, 3, 4 kat güç kazancı elde edin.

Teçhizat: hareketli ve sabit bloklar, tripodlar, kavramalı bacaklar, ağırlıklar, halat.

Çalışma planı:

Keşfetmek teorik materyal"konusuyla ilgili Basit mekanizmalar. Bloklar";

Kurulumları toplayın ve tanımlayın - 2, 3, 4 kat güç kazancı sağlayan blok sistemleri.

Deney sonuçlarının analizi;

Çözüm

"Bloklar hakkında biraz"

Modern teknolojide, yeri doldurulamaz bileşenleri basit mekanizmalar olarak adlandırılabilecek kaldırma mekanizmaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların arasında insanlığın en eski icatları da var - bloklar. Antik Yunan bilim adamı Arşimed, icadını kullanırken ona güç kazandırarak insanın işini kolaylaştırmış ve ona kuvvetin yönünü değiştirmeyi öğretmiştir.

Blok, ekseni bir duvara veya tavan kirişine sıkı bir şekilde tutturulmuş, bir halat veya zincir için çevresi etrafında bir oluk bulunan bir tekerlektir. Kaldırma cihazları genellikle bir değil birkaç blok kullanır. Yük kapasitesini artırmak için tasarlanmış blok ve kablolardan oluşan sisteme zincirli vinç adı verilir.

Fizik derslerinde hareketli ve sabit blokları inceliyoruz. Sabit bir blok kullanarak kuvvetin yönünü değiştirebilirsiniz. Ve hareketli blok - onu azaltmak, güçte 2 kat kazanç sağlar.Sabit blokArşimet bunu eşit kollu bir kaldıraç olarak görüyordu. Duran bir bloğun bir tarafına etki eden kuvvetin momenti, bloğun diğer tarafına uygulanan kuvvetin momentine eşittir. Bu anları yaratan güçler de aynıdır. Ve Arşimet, hareket eden bloğu eşit olmayan bir kaldıraç olarak aldı. Dönme merkezine göre, dengede eşit olması gereken kuvvet momentleri etki eder.

Blok çizimleri:

2. Montaj tesisleri - 2, 3 ve 4 kat güç kazancı sağlayan blok sistemleri.

İşimizde bir yük kullanıyoruz,ağırlığı 4 N olan (Şekil 3).

Pirinç. 3

Ekibimiz hareketli ve sabit bloklar kullanarak aşağıdaki kurulumları gerçekleştirdi:

Mukavemette 2 kat artış sağlayan blok sistemi (Şekil 4 ve Şekil 5).

Bu makara sistemi hareketli ve sabit bir makara kullanır. Bu kombinasyon gücü iki katına çıkarır. Bu nedenle A noktasına yükün ağırlığının yarısı kadar bir kuvvet uygulanmalıdır.

Şekil 4

Şekil 5

Fotoğrafta (Şekil 5) bu kurulumun 2 kat kuvvet kazancı sağladığı, dinamometrenin yaklaşık 2 N'ye eşit bir kuvvet gösterdiği görülmektedir. Yükten gelen iki halat vardır. Blokların ağırlığını hesaba katmıyoruz.

Mukavemette 3 kat artış sağlayan blok sistemi . Şekil 6 ve Şekil 7

Bu makara sistemi iki adet hareketli ve sabit makara kullanır. Bu kombinasyon güçte üç kat artış sağlar. Tesisatımızın 3 katıyla (3 kat güç kazanımı) çalışma prensibi şekilde görüldüğü gibi görünmektedir. Halatın ucu platforma tutturulur, ardından halat sabit bir bloğun üzerine atılır. Bir kez daha - platformu yük ile birlikte tutan hareketli bir blok aracılığıyla. Daha sonra ipi başka bir sabit bloğun içinden çekiyoruz. Bu tip mekanizma 3 kat güç kazancı sağlar, bu garip bir seçenektir. Kullanıyoruz basit kural: Yükten ne kadar halat geliyorsa o kadar güç kazanırız. Halatın uzunluğunda, güç kazancının tam olarak katı kadarını kaybederiz.

Şekil 6

Şekil 7

Şekil 8

Fotoğraf (Şekil 8), dinamometrenin yaklaşık 1,5 N'luk bir kuvvet gösterdiğini göstermektedir. Hata, hareketli blok ve platformun ağırlığına göre belirlenir. Yükten üç adet halat gelmektedir.

Mukavemette 4 kat artış sağlayan blok sistemi .

Bu makara sistemi iki hareketli ve iki sabit makara kullanır. Bu kombinasyon güçte dört kat artış sağlar. (Şekil 9 ve Şekil 10).

Pirinç. 9

Şekil 10

Fotoğrafta (Şekil 10) bu kurulumun 4 kat kuvvet kazancı sağladığı, dinamometrenin yaklaşık 1 N'ye eşit bir kuvvet gösterdiği görülmektedir. Yükten gelen dört adet halat bulunmaktadır.

Çözüm:

Halat ve makaralardan oluşan hareketli ve sabit makara sistemi, boy kaybederken etkili güç kazanmanızı sağlar. Basit bir kural kullanıyoruz - mekaniğin altın kuralı: Yükten kaç tane halat geliyor, güç kazancımız da o kadardır. Halatın uzunluğunda, güç kazancının tam olarak katı kadarını kaybederiz. Mekaniğin bu altın kuralı sayesinde büyük yükleri fazla çaba harcamadan kaldırabilirsiniz.

Bu kuralı bilerek, güç kazanmanıza olanak tanıyan blok zincirli vinç sistemleri oluşturabilirsiniz. n'inci miktar bir kere. Bu nedenle bloklar ve blok sistemleri hayatımızın çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. PHareketli ve sabit bloklar otomobil aktarma mekanizmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca bloklar, inşaatçılar tarafından büyük ve küçük yükleri kaldırmak için kullanılır (Örneğin, binaların dış cephelerini onarırken inşaatçılar genellikle katlar arasında hareket ettirilebilen bir beşikte çalışırlar. Bir katta çalışmayı tamamladıktan sonra işçiler, Beşiği yalnızca kendi gücünüzü kullanarak hızla yukarıdaki zemine doğru hareket ettirin). Bloklar hem montajının kolay olması hem de çalışılmasının kolay olması nedeniyle bu kadar yaygınlaşmıştır.

Bibliyografik açıklama: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. 7. sınıf fizik ders kitaplarında incelenen basit "blok" mekanizmasının modern bir görünümü // Genç bilim adamı. 2016. No.2. S. 106-113..07.2019).

7. sınıf fizik ders kitapları, basit bir blok mekanizmasını incelerken kazanmayı farklı şekillerde yorumluyor Bir yükü kaldırırken uygulanan kuvvet bu mekanizmayı kullanarak, örneğin: Peryshkin'in ders kitabı A. B. kazançlar ile güç elde edilir Kolun kuvvetlerinin etki ettiği bloğun tekerleğini kullanarak ve Gendenstein'ın ders kitabında L. E. aynı kazançlar şununla elde edilir: kablonun gerilim kuvvetine maruz kalan bir kablo kullanarak. Farklı ders kitapları, farklı konular ve farklı güçler - kazançları almak için Bir yükü kaldırırken kuvvet. Bu nedenle bu makalenin amacı nesneleri aramak ve gücü ile kazançların elde edildiği yol Basit bir blok mekanizmasıyla bir yükü kaldırırken uygulanan kuvvet.

Anahtar Kelimeler:

Öncelikle 7. sınıf fizik ders kitaplarında basit blok mekanizmasıyla yük kaldırırken nasıl kuvvet kazanımları elde edildiğine bir göz atalım ve karşılaştıralım. Bu amaçla aynı kavramları içeren ders kitabı metinlerinden alıntıları bir tabloya yerleştireceğiz. netlik için.

Ders kitaplarındaki metin ve resimlerin incelenmesini ve karşılaştırılmasını özetleyelim:

Peryshkin A.V.'nin ders kitabında yürürlükte olan bir kazanmanın kanıtları blok çarkta gerçekleştirilir ve etkili kuvvet- kaldıraç gücü; Bir yükü kaldırırken sabit bir blok mukavemet kazancı sağlamaz, ancak hareketli bir blok 2 kat kuvvet kazancı sağlar. Yükün sabit bir bloğa asılı olduğu bir kablodan ve hareketli bir bloğa yüklü bir yükten bahsedilmemektedir.

Öte yandan, Gendenstein L.E.'nin ders kitabında, kuvvet kazancının kanıtı, üzerinde bir yükün veya yükün bulunduğu hareketli bir bloğun asılı olduğu bir kablo üzerinde gerçekleştirilir ve etki eden kuvvet, kablonun gerilme kuvvetidir; Bir yükü kaldırırken sabit bir blok, mukavemette 2 kat artış sağlayabilir, ancak metinde blok tekerleği üzerindeki kaldıraçtan bahsedilmemektedir.

Bir blok ve kablo kullanarak yürürlükteki kazanımı açıklayan literatür araştırması, Akademisyen G. S. Landsberg tarafından §84'te düzenlenen "Temel Fizik Ders Kitabı"na yol açtı. 168-175. sayfalarda basit makinelerin tanımları verilmiştir: "basit blok, çift blok, kapı, makara ve diferansiyel blok." Nitekim tasarımı gereği, yükün kaldırıldığı "çift blok, yükün kaldırıldığı blokların yarıçaplarının uzunluğundaki fark nedeniyle yükü kaldırırken güç kazancı sağlar" ve "bir makara bloğu verir" Bir yükün birkaç yerinden asılı olduğu halat nedeniyle, bir yükü kaldırırken güç kazanımı. Böylece, bir bloğun ve bir kablonun (halatın) bir yükü kaldırırken neden mukavemet kazancı sağladığını bulmak mümkün oldu, ancak blok ve kablonun birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini ve yükün ağırlığını nasıl aktardığını bulmak mümkün olmadı. yük bir kabloya asılabileceğinden ve kablo bloğun üzerine atılabileceğinden veya yük bloğa asılabileceğinden ve blok kabloya asılabileceğinden birbirlerine yük. Kablonun gerginlik kuvvetinin sabit olduğu ve kablonun tüm uzunluğu boyunca etki ettiği, dolayısıyla yükün ağırlığının kablo tarafından bloğa aktarılmasının kablo ile blok arasındaki her temas noktasında olacağı ortaya çıktı. blok üzerinde asılı duran yükün ağırlığının kabloya aktarılmasının yanı sıra. Bloğun kabloyla etkileşimini açıklığa kavuşturmak için, bir okul fizik sınıfının ekipmanını kullanarak, bir yükü kaldırırken hareketli bir blokla kuvvet kazancı elde etmek için deneyler yapacağız: dinamometreler, laboratuvar blokları ve 1N'lik bir ağırlık seti. (102 gr). Deneylere hareketli bir blokla başlayalım çünkü bu blokla kuvvet kazancı elde etmenin üç farklı versiyonu var. İlk versiyon “Şek.180. Eşit olmayan kollara sahip bir kaldıraç gibi hareketli bir blok" - A. V. Peryshkin'in ders kitabı, ikincisi "Şekil 24.5... F kablosunun iki eşit gerilim kuvveti" - L. E. Gindenstein'ın ders kitabına ve son olarak üçüncü "Şekil 145'e göre. Çekme Bloğu" . G. S. Landsberg'in ders kitabına göre, bir halatın birkaç parçası üzerinde hareketli bir makara klipsi ile bir yükün kaldırılması.

1 numaralı deneyimi yaşayın. "Şekil 183"

1 numaralı deneyi gerçekleştirmek için, A. V. Peryshkin'in ders kitabına göre "Eşit olmayan omuzlara sahip bir kolla OAB Şekil 180" hareketli blok üzerinde güç kazancı elde etmek için, "Şekil 183" konum 1 hareketli blok üzerinde, çizin. “Şekil 180”deki gibi eşit olmayan omuzlara sahip bir OAB kolu kullanın ve yükü 1. konumdan 2. konuma kaldırmaya başlayın. Aynı anda blok, A noktası ve B noktasında kendi ekseni etrafında saat yönünün tersine dönmeye başlar. arkasında kaldırmanın gerçekleştiği kolun ucu, kablonun alttan hareketli bloğun etrafından geçtiği yarım dairenin ötesine çıkar. O noktası - sabit olması gereken kolun dayanak noktası aşağı iner, bkz. “Şek. 183” - konum 2, yani eşit olmayan omuzlara sahip bir kol OAB, eşit omuzlara sahip bir kol gibi değişir (O ​​ve B noktaları aynı noktadan geçer) yollar).

Bir yükü 1. konumdan 2. konuma kaldırırken OAB kolunun hareketli blok üzerindeki konumundaki değişikliklere ilişkin 1 numaralı deneyde elde edilen verilere dayanarak, hareketli bloğun eşit olmayan kollara sahip bir kaldıraç olarak temsil edildiği sonucuna varabiliriz. "Şekil 180" de yükü kaldırırken bloğun kendi ekseni etrafında dönmesi, yükü kaldırırken güç kazancı sağlamayan eşit kollu bir kola karşılık gelir.

2 numaralı deneye, üzerine 1 N yerçekimi kuvvetine karşılık gelen 102 g ağırlığında hareketli bir blok asacağımız kablonun uçlarına dinamometreler takarak başlayacağız. kabloyu bir askı üzerinde, kablonun diğer ucunu kullanarak hareketli blok üzerindeki yükü kaldıracağız. Yükselmeden önce her iki dinamometrenin okumaları da yükselişin başlangıcında 0,5 N idi; yükselişin gerçekleştiği dinamometrenin okumaları 0,6 N olarak değişti ve yükselişin sonunda da öyle kaldı; okumalar 0,5 N'ye döndü. Sabit bir süspansiyona sabitlenen dinamometrenin okumaları yükselme sırasında değişmedi ve 0,5 N'ye eşit kaldı. Deneyin sonuçlarını analiz edelim:

1. Kaldırmadan önce, hareketli bir bloğa 1 N (102 g) yük asıldığında, yükün ağırlığı tekerleğin tamamına dağıtılır ve bloğun yarım dairesinin tamamı kullanılarak alttan bloğun etrafından geçen kabloya aktarılır. teker.
2. Kaldırmadan önce, her iki dinamometrenin okumaları 0,5 N'dir; bu, 1 N'lik (102 g) bir yükün ağırlığının kablonun iki parçasına (bloktan önce ve sonra) dağılımını veya kablonun germe kuvvetinin olduğunu gösterir. 0,5 N'dir ve kablonun tüm uzunluğu boyunca aynıdır (kablonun başında aynı, sonunda aynı) - bu ifadelerin her ikisi de doğrudur.

2 numaralı deneyin analizini, hareketli bir blok kullanarak 2 kat güç kazancı elde etme konusundaki ders kitabı versiyonlarıyla karşılaştıralım. Gendenstein L.E.'nin ders kitabındaki ifadeyle başlayalım: “... bloğa üç kuvvet uygulanır: aşağıya doğru yönlendirilen P yükünün ağırlığı ve yukarıya doğru yönlendirilen kablonun iki özdeş gerginlik kuvveti (Şekil 24.5). .” “Şek. 2”deki yükün ağırlığını söylemek daha doğru olacaktır. Kablonun gerginlik kuvveti bir olduğundan, bloktan önce ve sonra 14,5" kablonun iki parçasına dağıtıldı. A. V. Peryshkin'in "Hareketli ve sabit blokların kombinasyonu - makara bloğu" ders kitabından "Şekil 181" altındaki imzayı analiz etmeye devam ediyor. Cihazın bir açıklaması ve bir makarayla bir yükü kaldırırken elde edilen güç kazanımı, Temel Fizik Ders Kitabı, ed. Lansberg G.S. şöyle deniyor: “Bloklar arasındaki her ip parçası, T kuvvetiyle hareketli bir yüke etki edecek ve ipin tüm parçaları, nT kuvvetiyle hareket edecek; burada n, her ikisini de birbirine bağlayan ipin ayrı bölümlerinin sayısıdır. bloğun bazı kısımları. G. S. Landsberg'in Temel Fizik Ders Kitabı'ndaki kasnağın "her iki parçasını birbirine bağlayan ip" ile yürürlükteki kazancı "Şekil 181"e uygularsak, o zaman hareketli bir blokla yürürlükteki kazancın tanımının ortaya çıktığı ortaya çıkıyor. "Şek. 179" ve buna göre Şek. 180" bir hata olacaktır.

Dört fizik ders kitabını analiz ettikten sonra, basit bir blok mekanizmasının nasıl bir güç kazancı sağladığına ilişkin mevcut açıklamanın gerçek durumla örtüşmediği ve bu nedenle basit bir blok mekanizmasının işleyişinin yeni bir tanımını gerektirdiği sonucuna varabiliriz.

Basit kaldırma mekanizması bir blok ve bir kablodan (halat veya zincir) oluşur.

Bu kaldırma mekanizmasının blokları aşağıdakilere ayrılmıştır:

tasarım gereği basit ve karmaşık;

yükleri hareketli ve sabit olanlara kaldırma yöntemine göre.

Blokların tasarımını tanımaya başlayalım basit blokŞekil 1'de, çevresi etrafında bir kablo (halat, zincir) için bir oyuk bulunan, kendi ekseni etrafında dönen bir tekerlektir ve kuvvet kollarının yarıçapına eşit olduğu eşit kollu bir kaldıraç olarak düşünülebilir. tekerlek: OA=OB=r. Böyle bir blok güç kazancı sağlamaz ancak kablonun (halat, zincir) hareket yönünü değiştirmenize olanak sağlar.

Çift blokŞekil 2'de birbirine sıkı bir şekilde tutturulmuş ve ortak bir eksen üzerine monte edilmiş, farklı yarıçaplara sahip iki bloktan oluşur. R1 ve r2 bloklarının yarıçapları farklıdır ve bir yükü kaldırırken eşit olmayan omuzlara sahip bir kaldıraç gibi hareket ederler ve kuvvet kazancı, daha büyük çaplı bloğun yarıçaplarının uzunluklarının oranına eşit olacaktır. daha küçük çaplı blok F = Р·r1/r2.

Geçit büyük çaplı bir blok görevi gören bir silindir (tambur) ve ona bağlı bir saptan oluşur. Manşonun verdiği kuvvet kazancı, sap tarafından tanımlanan R dairesinin yarıçapının yarıçapa oranıyla belirlenir. Halatın sarıldığı r silindirinin F = Р r/ R.

Bloklarla yükü kaldırma yöntemine geçelim. Tasarım açıklamasına göre tüm blokların etrafında döndükleri bir eksen vardır. Bloğun ekseni sabitse ve yük kaldırırken yükselip alçalmıyorsa, böyle bir bloğa denir. sabit blok tek blok, çift blok, kapı.

sen hareketli blok aks yük ile birlikte yükselir ve alçalır (Şekil 10) ve esas olarak yükün asılı olduğu yerde kablonun bükülmesini ortadan kaldırmaya yöneliktir.

Bir yükü kaldırma cihazını ve yöntemini tanıyalım; basit bir kaldırma mekanizmasının ikinci kısmı bir kablo, halat veya zincirdir. Kablo çelik tellerden, halat iplik veya tellerden, zincir ise birbirine bağlı baklalardan oluşur.

Yükü kabloyla kaldırırken yükü asma ve güç kazanma yöntemleri:

Şek. Şekil 4'te yük kablonun bir ucuna sabitlenmiştir ve yükü kablonun diğer ucundan kaldırırsanız, bu yükü kaldırmak için yükün ağırlığından biraz daha büyük bir kuvvete ihtiyacınız olacaktır, çünkü basit bir blok Güçteki kazanım F = P vermez.

Şekil 5'te işçi, basit bir bloğun etrafından dolaşan bir kabloyla yükü yukarıdan kaldırmaktadır; kablonun birinci kısmının bir ucunda işçinin oturduğu bir koltuk, ikinci kısmında ise kablonun oturduğu yer bulunmaktadır. işçi kendi ağırlığından 2 kat daha az bir kuvvetle kendini kaldırır, çünkü işçinin ağırlığı kablonun iki parçasına dağıtılmıştır; birincisi koltuktan bloğa ve ikincisi bloktan işçinin ellerine F = P/2.

Şekil 6'da yük iki işçi tarafından iki kablo kullanılarak kaldırılmaktadır ve yükün ağırlığı kablolar arasında eşit olarak dağıtılacak ve dolayısıyla her bir işçi yükün ağırlığının yarısı kadar bir kuvvetle yükü kaldıracaktır. F = P/ 2.

Şekil 7'de işçiler bir kablonun iki parçasına asılan bir yükü kaldırmaktadırlar ve yükün ağırlığı bu kablonun parçaları arasında (iki kablo arasında olduğu gibi) eşit olarak dağıtılacak ve her işçi yükü bir kuvvetle kaldıracaktır. yükün ağırlığının yarısına eşit F = P/2.

Şekil 8'de işçilerden birinin yükü kaldırdığı kablonun ucu sabit bir askı üzerine sabitlenmiş ve yükün ağırlığı kablonun iki parçasına dağıtılmış ve işçi yükü kaldırdığında Kablonun ikinci ucuna yük uygulandığında işçinin yükü kaldıracağı kuvvet, yükün ağırlığından iki kat daha az olacaktır F = P/2 ve yükün kaldırılması 2 kat daha yavaş olacaktır.

Şekil 9'da yük, bir ucu sabit olan bir kablonun 3 parçasına asılmaktadır ve yükün ağırlığı kablonun üç parçasına dağıtılacağı için yükü kaldırırken kuvvet kazancı 3'e eşit olacaktır. kablo F = P/3.

Bükülmeyi ortadan kaldırmak ve sürtünme kuvvetini azaltmak için, yükün asılı olduğu yere basit bir blok yerleştirilir ve basit bir blok mukavemet kazancı sağlamadığından yükü kaldırmak için gereken kuvvet değişmemiştir, Şekil 10. ve Şekil 11 ve bloğun kendisi çağrılacak hareketli blokçünkü bu bloğun ekseni yük ile birlikte yükselip alçalır.

Teorik olarak bir kablonun sınırsız sayıda parçasına bir yük asılabilir ancak pratikte bunlar altı parçayla sınırlıdır ve böyle bir kaldırma mekanizmasına denir. zincirli vinç sabit ve hareketli klipslerden oluşan basit bloklar bir ucu sabit bir klipse sabitlenmiş bir kablonun etrafına dönüşümlü olarak sarılır ve kablonun diğer ucu kullanılarak yük kaldırılır. Mukavemet kazancı, sabit ve hareketli kafesler arasındaki kablonun parça sayısına bağlıdır; kural olarak kablonun 6 kısmı ve mukavemet kazancı 6 katıdır.

Makale, bir yükü kaldırırken bloklar ve kablo arasındaki gerçek hayattaki etkileşimleri inceliyor. “Sabit bloğun kuvvet kazancı sağlamadığı, ancak hareketli bloğun 2 kat kuvvet kazancı sağladığının” belirlenmesine yönelik mevcut uygulama, kaldırma mekanizmasındaki kablo ve blok etkileşimini hatalı yorumlamış ve blok tasarımlarının çok çeşitli olması, blok hakkında tek taraflı hatalı fikirlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Basit bir blok mekanizmasının incelenmesi için mevcut malzeme hacimleriyle karşılaştırıldığında, makalenin hacmi 2 kat arttı, ancak bu, basit bir kaldırma mekanizmasında meydana gelen süreçlerin sadece öğrencilere değil aynı zamanda açık ve anlaşılır bir şekilde açıklanmasını mümkün kıldı. öğretmenlere.

Edebiyat:

1. Pyryshkin, A.V. Fizik, 7. sınıf: ders kitabı / A.V. Pyryshkin - 3. baskı, ek - M.: Bustard, 2014, - 224 s.,: hasta. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Kaldıraç denge kuralının bloğa uygulanması, s. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fizik. 7. sınıf. 2 saat içinde Bölüm 1. Eğitim kurumları için ders kitabı / L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; tarafından düzenlendi V. A. Orlova, I. I. Roizen - 2. baskı, revize edildi. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 s.: hasta. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Basit mekanizmalar, s. 188–196.
3. Akademisyen G. S. Landsberg Cilt 1. Mekanik tarafından düzenlenen temel fizik ders kitabı. Sıcaklık. Moleküler fizik - 10. baskı - M.: Nauka, 1985. § 84. Basit makineler, s. 168–175.
4. Gromov, S. V. Fizik: Ders Kitabı. 7. sınıf için genel eğitim kurumlar / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. baskı. - M.: Eğitim, 2001.-158 s.,: hasta. ISBN-5–09–010349–6. §22. Blok, s.55-57.

Anahtar kelimeler: blok, çift blok, sabit blok, hareketli blok, makaralı blok..

Dipnot: 7. sınıf fizik ders kitapları, basit bir blok mekanizmasını incelerken, bu mekanizmayı kullanarak bir yükü kaldırırken oluşan kuvvet kazancını farklı şekillerde yorumluyor, örneğin: A. V. Peryshkin'in ders kitabında kuvvet kazancı çark kullanılarak elde ediliyor. Kolun kuvvetlerinin etki ettiği blok ve Gendenstein L.E.'nin ders kitabında aynı kazanç, kablonun gerilme kuvvetinin etki ettiği bir kablo kullanılarak elde edilir. Bir yükü kaldırırken güç kazanmak için farklı ders kitapları, farklı nesneler ve farklı kuvvetler. Bu nedenle bu makalenin amacı, basit bir blok mekanizması ile yük kaldırırken mukavemet kazancı elde edilen nesneleri ve kuvvetleri araştırmaktır.

Hareketli bir blok, ekseninin sabit olmaması ve yük ile birlikte yükselip alçalabilmesi açısından sabit bir bloktan farklıdır.

Şekil 1. Hareketli blok

Sabit blok gibi hareketli blok da kablo için bir oyuk bulunan aynı tekerlekten oluşur. Ancak kablonun bir ucu buraya sabitlenmiştir ve tekerlek hareketlidir. Tekerlek yük ile birlikte hareket eder.

Arşimed'in belirttiği gibi, hareketli blok aslında bir kaldıraçtır ve aynı prensipte çalışır, omuzlardaki farklılıktan dolayı güç kazancı sağlar.

Şekil 2. Hareketli bloktaki kuvvetler ve kuvvetler

Hareketli blok sanki bir ipin üzerinde duruyormuş gibi yük ile birlikte hareket eder. Bu durumda dayanak noktası her an bloğun bir taraftaki ip ile temas noktasında olacak, yükün etkisi bloğun eksene bağlandığı merkezine uygulanacaktır. ve bloğun diğer tarafındaki ipin temas ettiği noktaya çekme kuvveti uygulanacaktır. Yani vücut ağırlığının omuzu bloğun yarıçapı, çekiş kuvvetimizin omuzu ise çap olacaktır. Bu durumda moment kuralı şöyle görünecektir:

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

Böylece hareketli blok iki kat güç kazancı sağlar.

Genellikle pratikte sabit bir blok ile hareketli bir bloktan oluşan bir kombinasyon kullanılır (Şekil 3). Sabit blok yalnızca kolaylık sağlamak amacıyla kullanılır. Kuvvetin yönünü değiştirerek örneğin yerde dururken bir yükün kaldırılmasına olanak tanır ve hareketli blok kuvvet kazancı sağlar.

Şekil 3. Sabit ve hareketli blokların kombinasyonu

İdeal blokları, yani sürtünme kuvvetlerinin etkisinin dikkate alınmadığı blokları inceledik. Gerçek bloklar için düzeltme faktörlerinin eklenmesi gerekir. Aşağıdaki formüller kullanılır:

Sabit blok

$F = f 1/2 mg $

Bu formüllerde: $F$ uygulanan dış kuvvettir (genellikle bir kişinin elinin kuvvetidir), $m$ yükün kütlesidir, $g$ yer çekimi katsayısıdır, $f$ bloktaki direnç katsayısıdır (zincirler için yaklaşık 1,05 ve halatlar için 1,1).

Hareketli ve sabit bloklardan oluşan bir sistem kullanan yükleyici, $F$ = 160 N kuvvet uygulayarak alet kutusunu $S_1$ = 7 m yüksekliğe kaldırır. Kutunun kütlesi nedir ve halat kaç metredir? yük kaldırılırken kaldırılması gerekecek mi? Sonuç olarak yükleyici ne iş yapacak? Bunu, yükü taşımak için yapılan işle karşılaştırın. Hareketli bloğun sürtünmesini ve kütlesini ihmal edin.

$m, S_2, A_1, A_2$ - ?

Hareketli blok, güçte iki kat kazanç ve harekette iki kat kayıp sağlar. Sabit bir blok kuvvet kazancı sağlamaz ancak yönünü değiştirir. Böylece uygulanan kuvvet yükün ağırlığının yarısı kadar olacaktır: $F = 1/2P = 1/2mg$, buradan kutunun kütlesini buluruz: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$

Yükün hareketi seçilen halatın uzunluğunun yarısı kadar olacaktır:

Yükleyicinin yaptığı iş, uygulanan kuvvet ile yükün hareketinin çarpımına eşittir: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Yük üzerinde yapılan iş:

Cevap: Kutunun kütlesi 32,65 kg'dır. Seçilen halatın uzunluğu 14 m'dir. Yapılan iş 2240 J'dir ve yükün kaldırılma yöntemine bağlı olmayıp sadece yükün kütlesine ve kaldırma yüksekliğine bağlıdır.

Sorun 2

Halat 154 N'luk bir kuvvetle çekilirse, 20 N ağırlığındaki hareketli bir blok kullanılarak hangi yük kaldırılabilir?

Hareketli blok için moment kuralını yazalım: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, burada $f$ ipin düzeltme faktörüdür.

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

Cevap: Yükün ağırlığı 260 N'dir.