У какого блока ось закреплена

Неподвижный блок

Неподвижный блок — это диск, который вращается вокруг своей оси, и имеет желоб по окружности. Желоб предназначен для скольжения в нем нити (цепи, ремня, каната и т.д.). У неподвижного блока ось закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается.

Неподвижный блок можно представить в виде равноплечего рычага, у которого плечи сил равны радиусу колеса.

В задачах часто используют модель идеального блока.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В идеальном блоке используется идеальная нерастяжимая и невесомая нить. Проскальзывание нити и силы трения отсутствуют. Сам блок также является невесомым.

Свойства идеального блока:

Нулевая масса и момент инерции.
Отсутствие силы трения веревки о блок, блока об ось.
Отсутствие проскальзывания веревки при вращении блока.

Для чего используется, примеры применения

Неподвижные блоки используют для изменения направления прикладываемой силы.

Неподвижные блоки используются:

в судоходстве для подъема якорей, стягов, парусов;
в строительстве для подъема грузов на высоту;
альпинистами и скалолазами для страховки или поднятия себя;
для подъема воды в колодце.

Какой выигрыш в силе дает неподвижный блок

Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Для того чтобы поднять груз прикрепленный к одному концу веревки, нужно приложить такую же силу к другому концу веревки.

Неподвижный блок используют не для выигрыша в силе, а для изменения направления прикладываемой силы. Например, тянуть веревку вниз может быть значительно удобнее, чем поднимать наверх.

У неподвижного блока нет выигрыша в силе, но нет и проигрыша в расстоянии. На какое расстояние опустится веревка, к которой применяют силу, на такое же расстояние поднимется груз.

Примечание

КПД реального неподвижного блока всегда будет меньше единицы. Ведь часть работы неподвижного блока тратится на силу трения веревки о желоб.

Виды неподвижных блоков и их свойства

Неподвижные блоки различаются по материалу изготовления, а также по наличию дополнительных элементов.

Материал изготовления диска и тросов влияет на силу трения внутри блока и грузоподъемность блока.

По наличию дополнительных элементов блоки бывают:

с проушиной;
с крюком;
с площадкой крепления и т.д.

Различные дополнительные элементы позволяют крепить разные грузы.

Неподвижные блоки в системах блоков

Для улучшения свойств неподвижные блоки часто используют в системах блоков.

Система из двух неподвижных блоков различного диаметра, насаженных на общую ось, обеспечивает выигрыш в силе или скорости. Ведь плечи сил в такой системе будут неравными.

Полиспаст — система из неподвижных и подвижных блоков.

Полиспаст позволяет получить выигрыш в силе в несколько раз. А также дает возможность менять направление прикладываемой силы.

Как найти момент силы и работу, формулы

Сила, которую нужно приложить для поднятия груза, равна силе, с которой действует на подвес груз.

Согласно правилу моментов:

Где F₁ — сила, с которой действует на точку подвеса груз, F₂ — сила, которую прикладывают для того, чтобы груз поднять, I₁ — радиус блока.

Формула приобретает вид:

Условия равновесия неподвижного блока:

Где F — сила, которую нужно приложить, m — масса груза, g — ускорение свободного падения, f — коэффициент сопротивления в блоке.

Для идеального блока коэффициент сопротивления не учитывается.

Неподвижный блок выигрыша в работе не дает. Пути, которые проходят точки приложения сил, одинаковы, равны силы, значит, равны работы.

Блоки в физике — виды, формулы и определения с примерами

Поднять груз на значительную высоту с помощью рычага очень сложно. Чем высота больше, тем длиннее должен быть рычаг. Такого недостатка нет у блока.

Что такое блок

Блок — это устройство, состоящее из веревки, переброшенной через колесо, которое может вращаться на оси.

Обод колеса, как правило, имеет желоб, в котором прокладывается трос или веревка.

Ось блока может быть неподвижной или перемещаться вместе с колесом. В связи с этим блоки бывают подвижными и неподвижными.

Какой блок называют неподвижным

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

У неподвижного блока ось вращения не изменяет своего положения в пространстве. Она с помощью специальной обоймы закреплена на балке или на другой опоре (рис. 70). Если на конец веревки, переброшенной через блок, подействовать силой, то другой конец начнет двигаться вверх. Если к этому концу прикрепить груз определенной массы, то он будет подниматься вверх. Если на свободный конец веревки действует сила, направленная вниз, то на груз действует сила, направленная вверх. Измерение этих сил показывает, что они равны.

Почему неподвижный блок не дает выигрыша в силе

Неподвижный блок выигрыша в силе не дает, он только изменяет направление действия силы.

Такую особенность можно легко объяснить, учитывая, что неподвижный блок похож на равноплечий рычаг. Для этого перенесем точки действия сил вверх к точкам А к В, где веревка касается блока (рис. 71). Плечи этих сил OA и ОВ будут одинаковыми, как радиусы окружности. Согласно условию равновесия рычага силы F₁ и F₂ также должны быть одинаковыми. Опыт подтверждает эти выводы.

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

Какой блок называют подвижным

Подвижным называют блок, ось которого перемещается в пространстве. При использовании такого блока обычно один конец веревки или троса закрепляют на опоре, а груз — на обойме, в которой блок закреплен. На рисунке 72 показан опыт с таким блоком. К оси легкого подвижного блока подвешен груз массой 102 г. Итак, на ось блока действует сила 1 Н. Стрелка динамометра, присоединенного к свободному концу веревки, показывает примерно 0,5 Н. Некоторые небольшие различия связаны с тем, что блок сам имеет вес и на него действует сила трения.

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

Почему подвижный блок дает выигрыш в силе

Такую особенность подвижного блока можно объяснить, учитывая свойства рычага (рис. 73). Диск блока можно считать рычагом длиной 2R (где R — радиус колеса). Ось вращения такого рычага проходит через точку А на ободе колеса, а точками приложения сил являются точки О и В. Так как Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами то Описанные выше свойства блоков используют во время решения практических задач.

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

Пример решения задачи

Определить вес груза, который удерживается системой подвижного и неподвижного блоков, если на свободный конец троса действует сила 300 Н (рис. 74).

Дано:

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

Решение

Неподвижный блок выигрыша в силе не дает. Поэтому вычисления производим с учетом только подвижного блока, который дает выигрыш в силе в два раза. О массе блока в условии задачи не сказано, поэтому весом блока можно пренебречь по сравнению с весом груза. Таким образом,

Блоки в физике - виды, формулы и определения с примерами

Ответ. Вес груза равен 600 Н.

Физика
Атомная физика
Ядерная физика
Квантовая физика
Молекулярная физика

Движение тела под действием нескольких сил
Наклонная плоскость в физике
Давление газов и жидкостей
Движение жидкостей и газов
Сила давления в физике и единицы давления
Механическое давление в физике
Столкновения в физике
Рычаг в физике

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

1. Блок

Блок состоит из закреплённого на оси диска, по окружности которого имеется жёлоб для скольжения в нём, к примеру, верёвки.

Блоки подразделяют на два вида:
1. неподвижный блок;
2. подвижный блок.

У неподвижного блока ось диска закреплена, в связи с чем во время подъёма груза диск только крутится вокруг своей оси. Выигрыш в силе (экономия силы) при таком виде блока отсутствует, но такой блок позволяет изменить направление действия силы, что часто необходимо для удобства.

Рис. $1$. Неподвижный блок
Неподвижный блок (на рисунке мы видим направление действующих сил).

У подвижного блока диск перемещается вместе с грузом, в связи с чем достигается двукратная экономия силы.

Рис. $2$. Подвижный блок
Подвижный блок (на рисунке мы видим только направление действующих сил).

При решении задач можно выполнять рисунок схематически, не показывая подвешенное тело, указывая только действующие силы. При этом вес тела можно обозначить буквой P , а силу тяги — F .

Если груз весит $100$ Н, то для его подъёма при помощи неподвижного блока потребуется сила в $100$ Н, в свою же очередь, при помощи подвижного блока потребуется сила всего в $50$ Н.

Обрати внимание!

Несмотря на то, что подвижный блок даёт экономию силы, которая необходима для подъёма груза, в целом для подъёма груза необходимо совершить такую же работу, как и в случае неподвижного блока!

Если объединить неподвижный и подвижный блоки , можно достичь не только изменения направления прилагаемой силы, но и экономии силы.

У какого блока ось закреплена

Блок — простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу, ось которого закреплена при подъеме грузов, не поднимается и не опускается. Представляет собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п. Ось блока помещается в обоймах, прикреплённых на балке или стене, такой блок называется неподвижным (т.е. ось блока закреплена); если же к этим обоймам прикрепляется груз, и блок вместе с ними может двигаться, то такой блок называется подвижным.

Неподвижный блок употребляется для подъёма небольших грузов или для изменения направления силы.

Условие равновесия блока:

F=fmg» width=»» height=»» />, где

F — прилагаемое внешнее усилие, m — масса груза, g — ускорение силы тяжести, f — коэффициент сопротивления в блоке (для цепей примерно 1.05, а для веревок — 1.1). При отсутствии трения для подъема нужна сила, равная весу груза.

Подвижный блок имеет свободную ось и предназначен для изменения величины прилагаемых усилий. Если концы веревки, обхватывающей блок, составляют с горизонтом равные между собой углы, то действующая на груз сила относится к его весу, как радиус блока к хорде дуги, обхваченной канатом; отсюда, если веревки параллельны (то есть когда дуга, обхватываемая веревкой, равна полуокружности), то для подъёма груза потребуется сила вдвое меньше, чем вес груза, то есть:

При этом груз пройдёт расстояние, вдвое меньшее пройденного точкой приложения силы F, соответственно, выигрыш в силе подвижного блока равен 2.

Фактически, любой блок представляет собой рычаг, в случае неподвижного блока — равноплечий, в случае подвижного — с соотношением плеч 1 к 2. Как и для всякого другого рычага, для блока справедливо правило: Во сколько раз выигрываем в усилии, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Иными словами, работа, совершаемая при перемещении груза на какое-либо расстояние без использования блока, равна работе, затрачиваемой при перемещении груза на то же самое расстояние с применением блока при условии отсутствия трения. В реальном блоке всегда присутствуют некоторые потери.

Также используется система, состоящая из комбинации нескольких подвижных и неподвижных блоков. Такая система называется полиспаст. Простейшая такая система изображена на рисунке и даёт выигрыш в силе в 2 раза.

В отличие от шкива, блок вращается на оси свободно и обеспечивает исключительно изменение направления движения ремня или каната, не передавая усилия с оси на ремень или с ремня на ось.

Неподвижный блок

Блок представляет собой устройство, которое состоит из колеса с желобом, по которому пропускают, трос, веревку или цепь, а также прикрепленной к оси колеса обоймы с крюком. Блок может быть неподвижным и подвижным. У неподвижного блока ось закреплена, и она не двигается при подъеме или опускании груза.

Неподвижный блок

Рисунок 1. Неподвижный блок

Неподвижный блок помогает изменить направление действия силы. Перекинув через такой блок, подвешенный вверху, веревку, мы можем, поднимать груз вверх, сами при этом находясь внизу.

Применение неподвижного блока для подъёма грузов

Рисунок 2. Применение неподвижного блока для подъёма грузов

Однако выигрыша в силе применение неподвижного блока нам не дает. Мы можем представить блок в виде рычага, вращающегося вокруг неподвижной опоры — оси блока. Тогда радиус блока будет равен плечам, приложенных с двух сторон сил, — силы тяги нашей веревки с грузом с одной стороны и силы тяжести груза с другой. Плечи будут равны, соответственно, выигрыша в силе нет.

Неподвижный блок как равноплечий рычаг

Рисунок 3. Неподвижный блок как равноплечий рычаг

На практике неподвижные блоки используют в системах, сочетающих их с другими блоками. или рычагами. Например, двойной блок из двух неподвижных блоков различного диаметра, насаженных на общую ось, позволяет не только изменить направление приложения силы, но и обеспечить выигрыш в силе или скорости.

Двойной блок и его схема

Рисунок 4. Двойной блок и его схема

Ворот, применяемый в колодцах для подъёма воды, или кабестан, с помощью которого раньше поднимали якорь на кораблях — представляют собой комбинацию неподвижного блока с рычагом.

Кабестан (вертикальный ворот)

Рисунок 5. Кабестан (вертикальный ворот)

Пожарные, альпинисты, маляры иногда применяют неподвижный блок так, как показано на рис. 6, поднимая сами себя по веревке. Получается ли при этом выигрыш в силе по отношению к весу поднимаемого груза?

альтернативный текст

Плечами рычага в неподвижном блоке служат радиусы блока. Поскольку радиус постоянен, то выигрыша в силе неподвижный блок не даёт. Подъём в данном случае осуществляется за счёт мускульной силы человека, однако прилагаемое при этом усилие равно его весу. Ответ: выигрыша в силе в данном случае нет.

К концам невесомой нерастяжимой нити, перекинутой через невесомый неподвижный блок без трения в оси, подвешены грузы с массами $m_1$ = 1 кг и $m_2$ = 2 кг. Каково ускорение, с которым движется второй груз?

Из условия невесомости и нерастяжимости нити следует, что сила натяжения нити на всех участках одинакова: $T_1 = T_2 = T$, и система тел движется как единое целое с одинаковым по модулю ускорением: $a_1 = a_2 = a$

Рассмотрим все силы действующие на каждый груз отдельно:

на I груз действуют: $m_1g$ и $T_1$; на II груз действуют: $m_2g$ и $T_2$

Систему отсчёта свяжем с Землёй.

$$m_1 = 1 кг$$ $$m_2 =2 кг$$ $$g = 9,81 м/c_2$$ $$а_2 — ?$$

Проецируя вектора на координатные оси и учитывая равенство напряжений нити и ускорений, сложим почленно эти уравнения в скалярной форме:

+$ \begin T-m_1g=m_1a \\ m_2g-T=m_2a \end \ \Longrightarrow g\left(m_2-m_1\right)=a\left(m_2+m_1\right)\Longrightarrow a=g\frac =9,81\cdot \frac $ \[a=3,27\ м/c^2\]

Простые механизмы. Блок.

Одним из простых механизмов является блок. Блок — это колесо с желобом, по которому пропущена веревка или трос. Используется блок, как и все простые механизмы, для преобразования силы — т.е. изменения направления и модуля приложенной силы.

Блоки бывают подвижные и неподвижные. Рассмотрим каждый случай подробно.

Неподвижный блок.

Неподвижный блок — это блок, ось которого (точка О на рисунке) закреплена, и блок при подъеме грузов не опускается и не поднимается.

Такой блок можно рассматривать как рычаг первого рода, у которого оба плеча равны между собой, и равны радиусу колеса блока:

Так как плечи рычага равны, то мы не получим выигрыша в силе. Проверим это, используя формулу равновесия рычага:

В нашем случае неподвижного блока:

Действительно, для того чтобы уравновесить силу на одном конце веревки, перекинутой через блок, нам необходимо приложить такую же силу на другом конце. Поэтому неподвижные блоки используют в том случае, если удобнее изменить направление силы, для совершения работы. Например, удобнее поднимать груз, удерживая веревку при помощи своего веса, поэтому на рисунке экспериментатор использует неподвижный блок.

Используя комбинации из неподвижных блоков можно менять направление силы как угодно:

И в этом случае, используя уже два неподвижных блока — мы не получаем выигрыша в силе, зато изменили направление приложения силы, теперь для поднятия груза силу мы должны приложить в горизонтальном направлении.

Подвижный блок

Подвижный блок — это блок, ось которого не закреплена, а поднимается вместе с грузом. Изобразим подвижный блок находящийся в равновесии, отметим на рисунке силы, действующие на систему, а также плечи приложения этих сил:

Подвижный блок можно сравнить с рычагом второго рода. Действительно: точка опоры О лежит по одну сторону от точки приложения сил, отрезок ОА — плечо силы P

— плечо силы F

Рассчитаем, какой выигрыш в силе мы получим от использования подвижного блока. Для этого воспользуемся формулой равновесия рычага:

Получается, для удержания груза весом Р необходимо приложить в два раза меньшую силу. Таким образом, при использовании подвижного блока мы получаем двукратный выигрыш в силе.

Отлично, мы можем поднять груз в два раза тяжелее, чем без использования подвижного блока. Но как же золотое правило механики? Проверим, нарушается ли оно. Изобразим груз, поднятый на высоту h:

Из рисунка видно, что для поднятия груза на высоту h нам необходимо вытянуть веревку длиной

, очевидно, что для вытягивания груза на высоту h нам необходимо будет вытянуть веревку длиной 2h.

Таким образом, золотое правило механики (действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути) не нарушается, мы произведем такую же работу, как если бы поднимали груз без использования блока.