Изследователска задача
Използвайки блоковата система, ще спечелите 2,3,4 пъти повече сила. Какви други печалби спечелихте? Предоставете диаграми на блокови връзки и снимки .
Мишена: Използвайки блоковата система, вземете печалба в сила от 2,3,4 пъти.
План:
Научете какво представляват блоковете и за какво са необходими.
Провеждайте експерименти с блокове, получете печалба в сила от 2,3,4 пъти.
Кандидатствайте за работа.
Направете фоторепортаж.
доклад:
Изследвахме, че стационарен блок не дава увеличение на силата, но подвижен блок дава 2-кратно увеличение на силата.
Изложихме хипотеза :
Опит No1. Получаване на 2 пъти победа в силата с помощта на движещ се блок .
Оборудване: триножник, 2 съединителя, 1 крак, прът, 1 подвижен блок, 1 неподвижен блок, 1 kg тежест (с тегло 10 N), динамометър, въже.
Провеждане на експеримента:
1. Прикрепете неподвижен блок или прът към триножник, така че равнината на неподвижния блок и краят на пръта да лежат в една и съща равнина.
2. Закрепете единия край на въжето към пръта, хвърлете въжето върху подвижния блок и през неподвижния блок.
3. Закачете тежест на куката на движещия се блок и прикрепете динамометър към свободния край на въжето.
5. Направете заключение.
Резултати от измерването:
Заключение: Е= P/2, печалбата в сила е 2 пъти.
Оборудване. Инсталация за експеримент №1.
Провеждане на експеримент №1.
Опит No2. Получете 4 пъти повече мощност, като използвате 2 движещи се блока.
Оборудване: триножник, 2 подвижни блока, 2 неподвижни блока, 2 тежести с тегло 1 kg (с тегло 10 N) всяка, динамометър, въже.
Провеждане на експеримента:
1. На триножник, като използвате 3 съединителя и 2 крака, закрепете 2 неподвижни блока и прът, така че равнините на блоковете и края на пръта да лежат в една и съща равнина.
2. Закрепете единия край на въжето към пръта, хвърлете въжето последователно през 1-ви подвижен блок, 1-ви фиксиран блок, 2-ри подвижен блок, 2-ри фиксиран блок.
3. Закачете тежест на куката на всеки движещ се блок и прикрепете динамометър към свободния край на въжето.
4. Измерете теглителната сила (на ръката) с динамометър и я сравнете с теглото на тежестите.
5. Направете заключение.
Инсталация за експеримент №2.
Резултати от измерването:
Заключение:Е= Р/4, печалбата в сила е 4 пъти.
Опит № 3. Получаване на 3-кратно увеличение на силата с помощта на 1-вия движещ се блок.
За да получите 3-кратно увеличение на силата, трябва да използвате 1,5 движещи се блока. Тъй като е невъзможно да отделите половината от движещия се блок, трябва да използвате въжето два пъти: веднъж хвърлете въжето изцяло върху него, втори път прикрепете края на въжето към неговата половина, т.е. към центъра.
Оборудване: статив, 1 подвижен блок с две куки, 1 неподвижен блок, 1 тежест от 1 kg (с тегло 10 N), динамометър, въже.
Провеждане на експеримента:
1. Фиксирайте 1 фиксиран блок на статива с помощта на съединител.
2. Прикрепете единия край на въжето към горната кука на подвижния блок, прикрепете тежест към долната кука на подвижния блок.
3. Хвърлете въжето последователно от горната кука на подвижния блок през неподвижния блок, отново около подвижния блок и отново през неподвижния блок и закачете динамометъра за свободния край на въжето. Трябва да има 3 въжета, на които лежи подвижният блок - 2 в краищата ( пълен блок) и един до неговия център (половин блок). Така че използваме 1,5 движещ се блок.
4. Измерете теглителната сила (на ръката) с динамометър и я сравнете с теглото на тежестта.
5. Направете заключение.
Инсталация за опит № 3. Провеждане на опит № 3.
Резултати от измерването:
Заключение:Е= P/3, печалбата в сила е 3 пъти.
Заключение:
След като проведохме експерименти № 1-3, тествахме хипотезата, изложена преди изследването. Тя беше потвърдена. Въз основа на резултатите от експериментите установихме следните факти:
за да получите 2-кратно увеличение на силата, трябва да използвате 1 подвижен блок;
за да спечелите 4 пъти сила, трябва да използвате 2 движещи се блока;
за да спечелите 3 пъти, трябва да използвате 1,5 движещи се блока.
Забелязахме също, че печалбата в сила е равна на броя на въжетата, върху които лежат подвижните блокове:
в експеримент № 1: 1 подвижен блок лежи върху2 въжета - придобиване на сила в2 пъти;
в експеримент № 2: 2 подвижни блока лежат върху4 въжета - придобиване на сила в4 пъти;
в експеримент № 3 подвижният блок лежи върху3 въжета - придобиване на сила в3 пъти.
Този модел може да се приложи за получаване на всяко печелившо число на власт. Например, за да получите 8-кратна печалба, трябва да използвате 4 движещи се блока, така че да лежат на 8 въжета.
Приложение:
Блокови схеми за експерименти № 1-3.
Вижте следващата страница.
Блоковете се използват за повдигане на товари. Блокът е колело с жлеб, монтирано в държач. През блоковия улей се прекарва въже, кабел или верига. неподвиженнаричат такъв блок, чиято ос е неподвижна и при повдигане на товари не се издига или пада (фиг. 1, а, б).
Фиксиран блок може да се разглежда като равнораменен лост, в който рамената на приложените сили са равни на радиуса на колелото. Следователно от правилото на моментите следва, че стационарен блок не осигурява никаква печалба в сила. Позволява ви да промените посоката на силата.
Фигура 2, а, б показва движещ се блок(оста на блока се издига и пада заедно с товара). Такъв блок се върти около моментната ос O. Моментното правило за него ще има формата
По този начин подвижният блок дава двойно увеличение на силата.
Обикновено в практиката се използва комбинация от неподвижен блок и подвижен (фиг. 3). Фиксираният блок се използва само за удобство. Чрез промяна на посоката на силата, той позволява например да повдигнете товар, докато стоите на земята.
Терминът "блок" означава някои механично устройство, който е ролка, която е монтирана на перпендикулярна ос.Тази ролка може или да се движи свободно, или, напротив, тя е твърдо фиксирана. Нека опростим определението - ако оста на въртене на ролката се движи в пространството, тогава блокът е подвижен. Валякът има жлеб, в който се вкарва въже или кабел. Картината по-долу демонстрира външен видблок.
Ако ролката е фиксирана, например, на тавана, това е неподвижен блок. Ако ролката се движи с товара, това е движещ се блок. В общ смисъл това е единствената разлика.
Смисълът на използването на движещ се блок е да се спечели сила при повдигане или преместване на товари и физически тела. Фиксираният блок не осигурява никаква полза, но често значително опростява движението на тялото и се използва в системи заедно с подвижен блок.
Приложение на подвижни и неподвижни блокове
Блоковата система се среща навсякъде. Това и кранове, И различни устройстваза преместване на стоки в гаража и дори задвижващи ремъци V модерен автомобил. Често се използва блок дори без ясно разбиране, че това е същият механизъм.
Със сигурност на строителни обекти сте срещали подвижни колела, прикрепени към горните етажи на строяща се къща. Върху такова колело се хвърля въже или верига и работникът, закрепвайки кофата на първия етаж, я повдига на горния етаж, премествайки въжето. Това е прост пример за използване на фиксиран блок. Ако добавите още едно колело към кофата, получавате система от блокове - подвижни и неподвижни.
Друг по-рядък пример за използване на фиксиран блок. Когато човек извади кола от калта, увивайки я въже за тегленеоколо ствол на дърво. Това се прави за по-голямо удобство, тъй като лебедката за теглене лесно ще се захване за малкия край на кабела, увит около цевта. Няма печалба от самия такъв блок и тъй като дървото не се върти около оста си, съпротивителната сила увеличава натоварването.
Има много примери за използването на тези прости механизми около нас.
Най-известното устройство, което работи на принципа на блоковете, е верижният подемник. Използва се активно в повдигащи механизми. Блоковата система намалява здравината и обща работанамалява 4-8 пъти.
Решаване на задачи с подвижни и неподвижни блокове
В задачите по физика често е необходимо да се определи какво общо увеличение на силата ще бъде получено чрез използване на блокове. Ученикът се предлага сложна верига, където няколко блока от различни видове са свързани в един ред.
Ключ към решениетоТакива задачи се крият в способността да се разбере взаимодействието на тези устройства. Всеки блок се изчислява отделно и след това се добавя обща формула. Формулата за изчисляване на цялата задача се съставя според диаграмата, която ученикът нарисува, докато чете условието.
За да разберем по-добре подобни проблеми, трябва да помним, че блокът е вид лост. Придобитата сила води до загуба на разстояние (в случай на движещ се блок).
Формулата за изчисление е много проста.
За неподвижен блок F=fmg, където F е силата, f е коефициентът на съпротивление на блока, m е масата на товара, g е гравитационната константа. С други думи, F е силата, която трябва да се приложи, за да се повдигне, например, кутия от земята с помощта на неподвижен блок. Както виждате, връзката е пряка и няма коефициент.
За движещ се блокимаме двойна печалба във властта. Формула за изчисление F=0.5fmg, където буквени обозначенияподобно на формулата точно по-горе. Съответно, когато използвате подвижен блок, такава кутия с маса m ще бъде повдигната два пъти по-лесно с блока, отколкото с помощта само на вашия собствен гръб.
забележи, че коефициент на съпротивление- това е съпротивлението, което възниква в блока, когато въжето се движи по него. Обикновено тези стойности са посочени в изложението на проблема или са таблични стойности. Понякога в училищните задачи тези коефициенти се пропускат напълно и не се вземат предвид.
Освен това човек не трябва да забравя това ако силата се прилага под ъгъл, тогава трябва да използвате стандартния метод за изчисляване на триъгълника на силите. Ако проблемът гласи, че човек дърпа товар върху въже, което се намира на 30 градуса спрямо хоризонта, тогава това със сигурност трябва да се вземе предвид и да се посочи на изчислителната диаграма.
Подвижният блок е различен от фиксирани темиче оста му не е фиксирана и може да се повдига и пада заедно с товара.
Фигура 1. Подвижен блок
Подобно на неподвижния блок, подвижният блок се състои от същото колело с жлеб за кабела. Тук обаче единият край на кабела е фиксиран, а колелото е подвижно. Колелото се движи с товара.
Както отбелязва Архимед, подвижният блок е по същество лост и работи на същия принцип, като дава печалба в сила поради разликата в раменете.
Фигура 2. Сили и сили в движещия се блок
Движещият се блок се движи заедно с товара, сякаш лежи на въже. В този случай опорната точка във всеки момент от време ще бъде в точката на контакт на блока с въжето от едната страна, въздействието на товара ще бъде приложено към центъра на блока, където е прикрепено към оста , а теглителната сила ще бъде приложена в точката на контакт с въжето от другата страна на блока. Тоест, рамото на телесното тегло ще бъде радиусът на блока, а рамото на нашата теглителна сила ще бъде диаметърът. Правилото за момента в този случай ще изглежда така:
$$mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = mg/2$$
По този начин подвижният блок дава двойно увеличение на силата.
Обикновено в практиката се използва комбинация от неподвижен блок и подвижен (фиг. 3). Фиксираният блок се използва само за удобство. Той променя посоката на силата, позволявайки например да повдигнете товар, докато стоите на земята, а подвижният блок осигурява печалба в сила.
Фигура 3. Комбинация от неподвижни и движещи се блокове
Прегледахме перфектни блокове, тоест тези, при които не е взето предвид действието на силите на триене. За реални блокове е необходимо да се въведат корекционни коефициенти. Използват се следните формули:
Фиксиран блок
$F = f 1/2 mg $
В тези формули: $F$ е приложената външна сила (обикновено силата на ръцете на човек), $m$ е масата на товара, $g$ е коефициентът на гравитацията, $f$ е коефициентът на съпротивление в блока (за вериги приблизително 1,05, а за въжета 1,1).
Използвайки система от подвижни и неподвижни блокове, товарачът повдига кутията с инструменти на височина от $S_1$ = 7 m, прилагайки сила от $F$ = 160 N. Каква е масата на кутията и колко метра въже ще трябва да се сваля, докато товарът се повдига? Каква работа ще извърши товарачът в резултат на това? Сравнете го с работата, извършена върху товара, за да го преместите. Пренебрегвайте триенето и масата на движещия се блок.
$m, S_2, A_1, A_2$ - ?
Подвижният блок дава двойно увеличение на силата и двойна загуба на движение. Стационарният блок не осигурява печалба в сила, но променя посоката си. Така приложената сила ще бъде половината от теглото на товара: $F = 1/2P = 1/2mg$, откъдето намираме масата на кутията: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$
Движението на товара ще бъде наполовина по-малко от дължината на избраното въже:
Работата, извършена от товарача, е равна на произведението на приложената сила и движението на товара: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.
Извършена работа върху товара:
Отговор: Масата на кутията е 32,65 кг. Дължината на избраното въже е 2240 J и не зависи от начина на повдигане на товара, а само от масата на товара и височината на повдигане.
Проблем 2
Какъв товар може да се повдигне с помощта на движещ се блок с тегло 20 N, ако въжето се тегли със сила 154 N?
Нека запишем правилото за момента за движещия се блок: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, където $f$ е корекционният коефициент за въжето.
Тогава $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$
Отговор: Теглото на товара е 260 N.
Блокирайтее устройство с форма на колело с жлеб, през който се прекарва въже, кабел или верига. Има два основни вида блокове - подвижни и неподвижни. При неподвижен блок оста е фиксирана и не се издига или пада при повдигане на товари (фиг. 54), докато при подвижен блок оста се движи заедно с товара (фиг. 55).
Стационарният блок не осигурява печалба в сила.Използва се за промяна на посоката на сила. Така например, чрез прилагане на сила надолу към въже, хвърлено върху такъв блок, ние принуждаваме товара да се издигне нагоре (виж Фиг. 54). Ситуацията е различна с движещ се блок. Този блок позволява на малка сила да балансира сила, която е 2 пъти по-голяма. За да докажем това, нека да разгледаме фигура 56. Чрез прилагане на сила F, ние се стремим да завъртим блока около ос, минаваща през точка O. Моментът на тази сила е равен на произведението Fl, където l е рамото на силата F, равно на диаметъра на блока OB. В същото време товар, прикрепен към блока с теглото си P, създава момент, равен на , където рамото на силата P е равно на радиуса на блока OA. Според правилото за момента (21.2)
Q.E.D.
От формула (22.2) следва, че P/F = 2. Това означава, че печалбата в мощността, получена с помощта на движещия се блок, е равна на 2. Експериментът, изобразен на фигура 57, потвърждава това заключение.
В практиката често се използва комбинация от подвижен блок и неподвижен (фиг. 58). Това ви позволява да промените посоката на въздействието на силата с едновременно двойно увеличаване на силата. 
За да получите по-голяма печалба в сила, използвайте повдигащ механизъм, Наречен верижен подемник. Гръцката дума „скрипец“ се образува от два корена: „поли“ - много и „спао“ - дърпане, така че като цяло се оказва „много дърпане“.
Макарата е комбинация от две скоби, едната от които се състои от три неподвижни блока, а другата от три подвижни блока (фиг. 59). Тъй като всеки от движещите се блокове удвоява теглителната сила, като цяло макарата дава шесткратно увеличение на силата. 
1. Какви два вида блокове познавате? 2. Каква е разликата между подвижен блок и неподвижен? 3. За каква цел се използва фиксиран блок? 4. За какво се използва подвижният блок? 5. Какво представлява верижният подемник? Каква печалба в силата осигурява?
