Применение правила равновесия рычага к блоку. «Золотое правило» механики.

Блоки. «Золотое правило» механики. Ловцова А.Ф.

Важной разновидностью рычага является блок - укреплённое в обойме колесо с жёлобом, по которому пропущена верёвка. В большинстве задач верёвка считается невесомой нерастяжимой нитью.

Блок, ось которого закреплена и не поднимается, и не опускается вместе с грузом

Блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом

О – точка опоры

А – точка приложения

силы Р

В – точка приложения

силы F

ОА – плечо силы Р

ОВ – плечо силы F

О – точка опоры

А – точка приложения

силы Р

В – точка приложения

силы F

ОА – плечо силы Р

ОВ – плечо силы F

Опыты показывают, что поднимая тяжелый груз с помощью рычага, за одно и тоже время точка приложения меньшей силы проходит больший путь, чем точка приложения большей силы.

Используя подвижный блок, мы в два раза выиграли в силе, но в два раза проиграли в расстоянии.

ПОДВИЖНЫЙ БЛОК

НЕ ДАЁТ ВЫИГРЫША В РАБОТЕ

Полиспаст - устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков, позволяющее поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.

Применение блоков

Лебёдка Ручная лебёдка Привод лебёдки может быть ручным (ручная лебёдка, кабестан), электрическим (электрическая лебёдка), от двигателя внутреннего сгорания, паровой машины. Лебёдка предназначается, в основном, для подъёма груза по вертикали, но иногда используется и для перемещения груза по горизонтали (турачка, шпиль, брашпиль). Обычная лебёдка с электроприводом состоит из электродвигателя, редуктора, барабана, рамы, тормозной системы. В случае необходимости, некоторые лебёдки сочетают с полиспастом. В зависимости от исполнения лебёдки можно подразделить: по типу тягового органа — на канатные и цепные; по типу установки — на неподвижные (закреплённые на полу, стене, потолке) и передвижные (на тележках, передвигающихся по полу или по подвесным путям); по числу барабанов — на одно-, двух- и многобарабанные лебёдки; по типу барабана — на нарезные, гладкие и фрикционные. Грузовые лебёдки используются в подъёмных кранах и канатных экскаваторах.

Лебёдка — механизм, тяговое усилие которого передаётся посредством каната, цепи, троса или иного гибкого элемента от приводного барабана.

Лебёдка

Ручная лебёдка

Привод лебёдки может быть ручным (ручная лебёдка, кабестан), электрическим (электрическая лебёдка), от двигателя внутреннего сгорания, паровой машины. Лебёдка предназначается, в основном, для подъёма груза по вертикали, но иногда используется и для перемещения груза по горизонтали (турачка, шпиль, брашпиль). Обычная лебёдка с электроприводом состоит из электродвигателя, редуктора, барабана, рамы, тормозной системы. В случае необходимости, некоторые лебёдки сочетают с полиспастом. В зависимости от исполнения лебёдки можно подразделить: по типу тягового органа — на канатные и цепные; по типу установки — на неподвижные (закреплённые на полу, стене, потолке) и передвижные (на тележках, передвигающихся по полу или по подвесным путям); по числу барабанов — на одно-, двух- и многобарабанные лебёдки; по типу барабана — на нарезные, гладкие и фрикционные. Грузовые лебёдки используются в подъёмных кранах и канатных экскаваторах.

Какое усилие необходимо приложить, чтобы поднять груз 1000 Н с помощью подвижного блока? Какая совершится работа при подъеме груза на 1 м? (Вес блока и трение не учитывать).

Система блоков находится в равновесии. Определите вес правого груза. (Вес блоков и силу трения не учитывать).

При помощи подвижного блока поднимают груз, прилагая силу 105 Н. Определите силу трения, если вес блока равен 20 Н, а вес груза 180

Закрепление

Задача 1

Для подъема одного и того же груза используют две системы блоков (рис 1.) Равные ли силы надо приложить в точках А, если трение в каждом блоке одинаково, а вес подвижного блока много меньше веса груза? Ответ объясните.

В первой системе используются подвижный и неподвижный блоки. Такая комбинация дает выигрыш в силе в два раза. Поэтому в первой системе к точке А нужно приложить силу, равную половине веса груза. Во второй системе применены два неподвижных блока. Они не дают выигрыш в силе, а только меняют направление ее действия. Поэтому к точке А во второй системе необходимо приложить силу, равную весу груза. Таким образом, в первой системе приложенная сила должна быть в 2 раза меньшей, чем во второй.

• В системе № 1 используется подвижный блок, дающий выигрыш в силе в 2 раза. Поэтому в этой системе приложенная сила должна быть примерно в два раза меньше, чем в системе № 2.

Задача 2

В какой из систем неподвижных блоков (рис. 2) надо приложить большую силу для подъема одного и того же груза, если трение в каждом из блоков одинаковое?

На рисунках показаны только неподвижные блоки. Они не дают выигрыш в силе. Если поднимать груз равномерно, то приложенная к концу веревки сила должна равняться весу груза вместе с суммой сил трения в блоках. На первом рисунке блоков больше. Больше и их сила сопротивления. Поэтому в первой системе надо приложить большую силу.

• На рисунках показаны только неподвижные блоки. Они не дают выигрыш в силе. Если поднимать груз равномерно, то приложенная к концу веревки сила должна равняться весу груза вместе с суммой сил трения в блоках. На первом рисунке блоков больше. Больше и их сила сопротивления. Поэтому в первой системе надо приложить бóльшую силу.

Задача 3

Какую минимальную силу нужно приложить к концу веревки для подъема мешка цемента массой 50 кг с помощью подвижного блока? На какую высоту будет поднят мешок при совершении этой силой работы в 2500 Дж?

Минимальная сила равна 250 Н.

Мешок будет поднят на высоту 5 м.

Задача 4.

Груз какой массы можно поднять с помощью подвижного блока, вес которого 20 Н, прилагая к свободному концу веревки усилие 210 Н, если не учитывать трение?

Так как подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза, то прилагая к свободному концу веревки усилие 210 Н, можно поднять груз общим весом 210 Н ⋅ 2 = 420 Н. Из них 20 Н составляет вес блока. Значит вес груза P=400 Н. Отсюда масса груза 40 кг.

Чем шкив отличается от блока

Есть разница между шкивом и блоком при их внешнем сходстве.

Шкив — соединяется с осью жестко, он будет передавать вращательное усилие с оси на ремень, или с ремня на ось.

Блок — свободно вращается на оси, с оси на ремень или с ремня на ось вращательное усилие не передаёт.

Шкив - это приводное колесо для передачи или получения крутящего момента от приводного ремня. Ременная передача использовалась людьми с античных времен, в средние века началось массовое ее применение в деревенских прялках. С началом промышленной революции ими оснащался каждый станок. В наши дни шкивы широко применяются в двигателях внутреннего сгорания, станках, бытовых приборах, ручном электроинструменте.

Используемые ресурсы.

• https://ru.wikipedia.org/wiki/ Блок_(механика)
• https://arfa-metal.ru/instrumentarij/sistema-blok.html
• https://videouroki.net/video/26-bloki-usloviie-ravnoviesiia-blokov.html
• https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/prostye-mexanizmy/
• https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/prostye-mexanizmy/
• https://formulki.ru/mehanika/bloki-v-mehanike
• https://sterbrust.tech/tehnologicheskaya-osnastka/zapchasti/shkiv.html