Istraživački rad "Dobijanje snage blokovima" (7. razred). Jednostavni mehanizmi

Blok se sastoji od jednog ili više kotača (valjaka) obavijenih lancem, remenom ili sajlom. Baš poput poluge, kolotur smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta, ali također može promijeniti smjer primijenjene sile.

Dobitak na snazi ​​dolazi po cijenu udaljenosti: što je manje napora potrebno za podizanje tereta, duža je udaljenost koju točka primjene tog napora mora prijeći. Sustav remenica povećava dobitak snage korištenjem više lanaca za nošenje tereta. Takvi uređaji za uštedu energije imaju vrlo širok raspon primjena – od pomicanja masivnih čeličnih greda do visine gradilišta do isticanja zastava.

Kao i kod drugih jednostavnih mehanizama, izumitelji bloka su nepoznati. Iako su blokovi možda postojali i prije, prvo spominjanje u literaturi datira iz petog stoljeća prije Krista i odnosi se na korištenje blokova kod starih Grka na brodovima i u kazalištima.

Instalirano na tračnica za vješanje sustavi pokretnih blokova (slika gore)široko se koriste na montažnim trakama jer uvelike olakšavaju kretanje teških dijelova. Primijenjena sila (F) jednaka je težini tereta (W) podijeljenoj s brojem lanaca koji se koriste za njegovo držanje (n).

Pojedinačni fiksni blokovi

Ovaj najjednostavniji tip blok ne smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta, ali mijenja smjer primijenjene sile, kao što je prikazano na slikama iznad i gore desno. Ne pokretni blok na vrhu jarbola olakšava podizanje zastave tako što omogućuje povlačenje užeta na koje je zastava pričvršćena.

Pojedinačni pokretni blokovi

Jedna remenica, koja se može pomicati, smanjuje silu potrebnu za podizanje tereta za pola. Međutim, prepolovljenje primijenjene sile znači da točka primjene mora prijeći dvostruko više. U u ovom slučaju sila jednaka polovici težine (F=1/2W).

Blok sustavi

Kada se koristi kombinacija fiksnog bloka i bloka koji se kreće, primijenjena sila je višekratnik ukupnog broja lanaca za nošenje tereta. U ovom slučaju sila je jednaka polovici težine (F=1/2W).

Teret, okomito obješen kroz blok, omogućuje zatezanje vodoravnih električnih žica.

Viseći lift(slika gore) sastoji se od lanca omotanog oko jednog pokretnog i dva fiksna bloka. Za podizanje tereta potrebna je sila koja je samo polovica njegove težine.

Koturna dizalica, koji se obično koristi u velikim dizalicama (slika desno), sastoji se od niza pokretnih blokova na kojima je teret obješen i skupa nepomičnih blokova pričvršćenih na krak dizalice. Primajući dobitak u snazi ​​od takvih velika količina blokova, dizalica može podići vrlo teške terete, poput čeličnih greda. U tom slučaju sila (F) jednaka je kvocijentu težine tereta (W) podijeljenom s brojem nosivih užadi (n).

Blokovi se koriste za podizanje tereta. Blok je kotač s utorom, montiran u držač. Uže, sajla ili lanac provlače se kroz blok žlijeb. nepomična nazivaju takav blok, čija je os fiksna i pri dizanju tereta ne diže se ili pada (slika 1, a, b).

Fiksni blok se može smatrati jednakokrakom polugom, u kojoj su krakovi primijenjenih sila jednaki polumjeru kotača. Prema tome, iz pravila momenata proizlazi da stacionarni blok ne daje nikakav dobitak na snazi. Omogućuje promjenu smjera sile.

Slika 2, a, b prikazuje pokretni blok(os bloka se diže i spušta zajedno s teretom). Takav blok rotira oko trenutne osi O. Pravilo momenta za njega će imati oblik

Dakle, pomični blok daje dvostruko povećanje snage.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog i pomičnog bloka (slika 3). Fiksni blok se koristi samo radi praktičnosti. Promjenom smjera sile omogućuje npr. podizanje tereta stojeći na tlu.

Tim "Fizički pirati"

Istraživački zadatak

Korištenjem blok sustava dobit ćete 2,3,4 puta veću snagu. Koje ste još dobitke dobili? Navedite blok dijagrame povezivanja i fotografije .

Cilj: Koristeći blok sustav, dobijte dobitak u snazi ​​od 2,3,4 puta.

Plan:

Saznajte što su blokovi i za što su potrebni.

Provedite eksperimente s blokovima, dobijte dobitak u snazi ​​od 2,3,4 puta.

Prijavite se za posao.

Napravi fotoreportažu.

Izvješće:

Proučavali smo da stacionarni blok ne daje dobitak na snazi, ali pomični blok daje dvostruki dobitak na snazi.

Postavili smo hipotezu :

Iskustvo br. 1. Dobivanje 2x pobjede na snazi ​​pomoću pokretnog bloka .

Oprema: tronožac, 2 spojnice, 1 stopa, šipka, 1 pomični blok, 1 fiksni blok, 1 kg utega (težine 10 N), dinamometar, uže.

Provođenje eksperimenta:

1. Pričvrstite nepomični blok ili štap na tronožac, tako da ravnina nepokretnog bloka i kraj štapa leže u istoj ravnini.

2. Pričvrstite jedan kraj užeta za šipku, bacite uže preko pokretnog bloka i kroz fiksni blok.

3. Objesite uteg na kuku pokretnog bloka, a na slobodni kraj užeta pričvrstite dinamometar.

5. Izvedite zaključak.

Rezultati mjerenja:

Zaključak: F= P/2, dobitak na snazi ​​je 2 puta.

Oprema. Instalacija za eksperiment br. 1.

Provođenje pokusa br. 1.

Iskustvo br. 2. Ostvarite 4x povećanje snage pomoću 2 pokretna bloka.

Oprema: tronožac, 2 pomična bloka, 2 fiksna bloka, 2 utega težine 1 kg (težine 10 N), svaki, dinamometar, uže.

Provođenje eksperimenta:

1. Na tronožac pomoću 3 spojnice i 2 noge pričvrstite 2 fiksna bloka i šipku tako da ravnine blokova i kraj šipke leže u istoj ravnini.

2. Pričvrstite jedan kraj užeta za štap, bacite uže redom kroz 1. pokretni blok, 1. fiksni blok, 2. pokretni blok, 2. fiksni blok.

3. Objesite uteg na kuku svakog pokretnog bloka i pričvrstite dinamometar na slobodni kraj užeta.

4. Izmjerite vučnu silu (ruke) dinamometrom i usporedite je s težinom utega.

5. Izvedite zaključak.

Instalacija za eksperiment br. 2.

Rezultati mjerenja:

Zaključak:F= P/4, dobitak na snazi ​​je 4 puta.

Iskustvo br. 3. Dobivanje trostrukog povećanja snage korištenjem 1. pokretnog bloka.

Da biste dobili trostruki dobitak na snazi, morate koristiti 1,5 pokretnih blokova. Budući da je nemoguće odvojiti polovicu pokretnog bloka, trebate upotrijebiti uže dva puta: jednom potpuno prebacite uže preko njega, drugi put pričvrstite kraj užeta za njegovu polovicu, tj. do centra.

Oprema: tronožac, 1 pomični blok s dvije kuke, 1 fiksni blok, 1 uteg od 1 kg (težine 10 N), dinamometar, uže.

Provođenje eksperimenta:

1. Pričvrstite 1 fiksni blok na tronožac pomoću spojke.

2. Pričvrstite jedan kraj užeta na gornju kuku pomičnog bloka, pričvrstite uteg na donju kuku pomičnog bloka.

3. Bacite uže sekvencijalno s gornje kuke pokretnog bloka kroz fiksni blok, ponovno oko pokretnog bloka i opet kroz fiksni blok, i zakačite dinamometar za slobodni kraj užeta. Trebala bi postojati 3 užeta na kojima se pomični blok oslanja - 2 na rubovima (puni blok) i jedan prema središtu (pola bloka). Dakle, koristimo 1,5 pokretni blok.

4. Izmjerite vučnu silu (ruke) dinamometrom i usporedite je s težinom utega.

5. Izvedite zaključak.

Instalacija za pokus br. 3. Izvođenje pokusa br. 3.

Rezultati mjerenja:

Zaključak:F= P/3, dobitak na snazi ​​je 3 puta.

Zaključak:

Nakon što smo proveli eksperimente br. 1-3, testirali smo hipotezu postavljenu prije studije. Bila je potvrđena. Na temelju rezultata pokusa došli smo do sljedećih činjenica:

da biste dobili 2-struko povećanje snage, morate koristiti 1 pomični blok;

da biste pobijedili 4 puta u snazi, morate koristiti 2 pokretna bloka;

da biste pobijedili 3 puta, trebate upotrijebiti 1,5 pokretnih blokova.

Također smo primijetili da je dobitak na snazi ​​jednak broju užadi na kojima se pomični blokovi oslanjaju:

u pokusu br. 1: 1 pomični blok leži na2 užad - dobiti na snazi ​​u2 puta;

u eksperimentu br. 2: 2 pomična bloka počivaju na4 užad - dobiti na snazi ​​u4 puta;

u eksperimentu br. 3 pomični blok počiva na3 užad - dobiti na snazi ​​u3 puta.

Ovaj obrazac se može primijeniti za dobivanje bilo kojeg pobjedničkog broja na snazi. Na primjer, da biste dobili 8 puta veću pobjedu, trebate upotrijebiti 4 pokretna bloka tako da se oslanjaju na 8 užadi.

Primjena:

Blok dijagrami za eksperimente br. 1-3.

Pogledajte sljedeću stranicu.

U Moderna tehnologija Za prijenos robe na gradilištima i poduzećima naširoko se koriste mehanizmi za podizanje koji su neophodni komponente koji se mogu nazvati jednostavnim mehanizmima. Među njima su najstariji izumi čovječanstva: blok i poluga. Starogrčki znanstvenik Arhimed olakšao je čovjeku posao tako što mu je primjenom svog izuma dao dobitak na snazi, te ga naučio mijenjati smjer sile.

Blok je kotač s utorom po obodu za uže ili lanac, čija je os kruto pričvršćena na zidnu ili stropnu gredu.

Uređaji za podizanje obično koriste ne jedan, već nekoliko blokova. Sustav blokova i kabela dizajniran za povećanje nosivosti naziva se lančana dizalica.

Pokretni i fiksni blok isti su drevni jednostavni mehanizmi kao i poluga. Već 212. godine prije Krista Sirakužani su uz pomoć kuka i hvataljki spojenih na blokove oteli Rimljanima opsadnu opremu. Gradnju vojnih vozila i obranu grada vodio je Arhimed.

Arhimed je fiksni blok smatrao ravnokrakom polugom.

Moment sile koji djeluje na jednu stranu bloka jednak je momentu sile koji djeluje na drugu stranu bloka. Sile koje stvaraju te trenutke također su iste.

Nema dobitka na snazi, ali takav blok omogućuje promjenu smjera sile, što je ponekad potrebno.

Arhimed je pokretni blok uzeo kao nejednakokraku polugu, koja daje dvostruki dobitak na snazi. U odnosu na središte rotacije djeluju momenti sila koji u ravnoteži moraju biti jednaki.

Arhimed je proučavao mehanička svojstva pokretnog bloka i primijenio ih u praksi. Prema Ateneju, "izmišljene su mnoge metode za porinuće gigantskog broda koji je sagradio sirakuški tiranin Hieron, ali je mehaničar Arhimed, koristeći jednostavne mehanizme, sam uspio pomaknuti brod uz pomoć nekoliko ljudi. Arhimed je smislio blok i uz pomoć njega porinuo ogroman brod.” .

Blok ne daje dobitak u radu, potvrđuje zlatno pravilo mehanika. To je lako provjeriti obraćanjem pozornosti na prijeđene udaljenosti ruke i težinu.

Sportski jedrenjaci, poput jedrilica iz prošlosti, ne mogu bez blokova pri postavljanju i upravljanju jedrima. Moderni brodovi trebaju blokove za podizanje signala i čamaca.

Ova kombinacija pokretnih i fiksnih jedinica na elektrificiranoj liniji željeznička pruga za podešavanje napetosti žice.

Ovaj sustav blokova mogu koristiti piloti jedrilica za podizanje svojih uređaja u zrak.

Pokretni blok se razlikuje od nepokretnog bloka po tome što njegova os nije fiksna, te se može dizati i spuštati zajedno s teretom.

Slika 1. Pomični blok

Kao i fiksni blok, pokretni blok sastoji se od istog kotača s utorom za kabel. Međutim, jedan kraj sajle je ovdje fiksiran, a kotač je pomičan. Kotač se kreće s teretom.

Kao što je Arhimed primijetio, pomični blok je u biti poluga i radi na istom principu, dajući dobitak na snazi ​​zbog razlike u ramenima.

Slika 2. Sile i sile u pokretnom bloku

Pokretni blok kreće se zajedno s teretom, kao da leži na užetu. U ovom slučaju, uporište će u svakom trenutku biti na točki kontakta bloka s užetom na jednoj strani, udar opterećenja će se primijeniti na središte bloka, gdje je pričvršćen za os , a vučna sila će se primijeniti na točki kontakta s užetom s druge strane bloka. To jest, rame tjelesne težine bit će radijus bloka, a rame naše vučne sile bit će promjer. Pravilo trenutka u ovom slučaju izgledat će ovako:

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

Dakle, pomični blok daje dvostruko povećanje snage.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog i pomičnog bloka (slika 3). Fiksni blok se koristi samo radi praktičnosti. Mijenja smjer sile, omogućujući, na primjer, podizanje tereta dok stojite na tlu, a pomični blok daje dobitak na snazi.

Slika 3. Kombinacija fiksnih i pokretnih blokova

Ispitivali smo idealne blokove, odnosno one kod kojih nije uzeto u obzir djelovanje sila trenja. Za realne blokove potrebno je uvesti faktore korekcije. Koriste se sljedeće formule:

Fiksni blok

$F = f 1/2 mg $

U ovim formulama: $F$ je primijenjena vanjska sila (obično sila ruku osobe), $m$ je masa tereta, $g$ je koeficijent gravitacije, $f$ je koeficijent otpora u bloku (za lance cca 1,05, a za užad 1,1).

Sustavom pokretnih i nepomičnih blokova utovarivač podiže kutiju s alatom na visinu od $S_1$ = 7 m, primjenjujući silu od $F$ = 160 N. Kolika je masa kutije, a koliko metara užeta će se morati ukloniti dok se teret podiže? Kakav će rad utovarivač obaviti kao rezultat? Usporedite ga s radom učinjenim na teretu da ga pomaknete. Trenje i masu pokretnog bloka zanemariti.

$m, S_2 , A_1 , A_2$ - ?

Pomični blok daje dvostruki dobitak u snazi ​​i dvostruki gubitak u pokretu. Stacionarni blok ne daje dobitak na snazi, ali mijenja svoj smjer. Dakle, primijenjena sila bit će pola težine tereta: $F = 1/2P = 1/2mg$, odakle nalazimo masu kutije: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$

Kretanje tereta bit će upola manje od duljine odabranog užeta:

Rad koji izvrši utovarivač jednak je umnošku primijenjene sile i gibanja tereta: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Rad obavljen na teretu:

Odgovor: Masa kutije je 32,65 kg. Duljina odabranog užeta je 14 m. Izvršeni rad iznosi 2240 J i ne ovisi o načinu dizanja tereta, već samo o masi tereta i visini dizanja.

Problem 2

Koji se teret može podići pokretnim blokom težine 20 N ako se uže vuče silom od 154 N?

Zapišimo pravilo momenta za pokretni blok: $F = f 1/2 (P+ R_B)$, gdje je $f$ faktor korekcije za uže.

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

Odgovor: Težina tereta je 260 N.