¿Por qué un sistema de bloques aumenta la fuerza? Mecanismos simples. Bloques La regla de oro de la mecánica

Descripción bibliográfica:   Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Una visión moderna del mecanismo simple de "bloque" estudiado en los libros de texto de física para el grado 7 // Young Scientist. - 2016. - No. 2. - S. 106-113. 07.07.2019).

  Los libros de texto de física para el grado 7 al estudiar un mecanismo de bloque simple interpretan de manera diferente la ganancia en fuerza al levantar carga con utilizando este mecanismo, por ejemplo: en libro de texto Pyoryshkina A. B. ganancias en la fuerza se logra con usando la rueda del bloque, sobre la cual actúan las fuerzas de palanca, y en el libro de texto de Gendenstein L. E. La misma ganancia se obtiene con usando un cable, sobre el cual actúa la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes materias y diferentes fuerzas - para recibir una victoria en fuerza al levantar una carga. Por lo tanto, el propósito de este artículo es buscar objetos y fuerzas con por el cual la ganancia en fuerza al levantar la carga con un simple mecanismo de bloqueo.

Palabras clave:

Primero, nos familiarizaremos y compararemos cómo se obtiene ganancia de fuerza al levantar una carga con un mecanismo de bloque simple en los libros de texto de física para el grado 7, para esto colocaremos extractos de libros de texto con los mismos conceptos para mayor claridad en la tabla.

Pyoryshkin A.V.Física. 7mo grado. § 61. Aplicación de la regla de equilibrio de palanca a un bloque, págs. 180-183	Gendenstein L.E. Física. 7mo grado. § 24. Mecanismos simples, págs. 188–196.
"Bloque   Es una rueda con una ranura, fortificada en una jaula. Se pasa una cuerda, cable o cadena a través de la zanja de un bloque. "Bloque fijollaman a dicho bloque cuyo eje es fijo y no sube ni baja al levantar mercancías (Fig. 177). El bloque fijo puede considerarse como una palanca de brazo igual, en la cual los hombros de las fuerzas son iguales al radio de la rueda (Fig. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Tal bloqueo no da una ganancia de fuerza. (F1 \u003d F2), pero le permite cambiar la dirección de la fuerza ".	“¿Un bloqueo fijo da una ganancia de fuerza? ... en la figura 24.1a, el cable es arrastrado por la fuerza ejercida por el pescador hasta el extremo libre del cable. La fuerza de tensión del cable permanece constante a lo largo del cable, por lo que desde el lado del cable hasta la carga (pez ) actúa el mismo módulo de fuerza. En consecuencia, un bloque fijo no da una ganancia de fuerza. 6. ¿Cómo usar un bloque fijo para ganar fuerza? Si una persona sube el mismocomo se muestra en la figura 24.6, el peso de la persona se distribuye equitativamente en dos partes del cable (en lados opuestos del bloque). Por lo tanto, una persona se eleva aplicando una fuerza que es la mitad de su peso ".
“Un bloque móvil es un bloque cuyo eje sube y baja con la carga (Fig. 179). La Figura 180 muestra la palanca correspondiente: O es el punto de apoyo de la palanca, AO es el hombro de la fuerza P y OB es el hombro de la fuerza F. Como el hombro OV es 2 veces más grande que el hombro OA, entonces la fuerza F es 2 veces menor que la fuerza P: F \u003d P / 2. De esta manera la unidad móvil da una ganancia enfuerza 2 veces ".	"5. ¿Por qué la unidad móvil da una ganancia enforzardos veces Con una elevación uniforme de la carga, la unidad móvil también se mueve de manera uniforme. Entonces la resultante de todas las fuerzas aplicadas es cero. Si la masa del bloque y la fricción en él pueden descuidarse, entonces podemos suponer que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P dirigida hacia abajo y dos fuerzas de tensión de cable idénticas F dirigidas hacia arriba. Como la resultante de estas fuerzas es cero, entonces P \u003d 2F, es decir el peso de la carga es 2 veces mayor que la fuerza de tensión del cable.   Pero la fuerza de tensión del cable es precisamente la fuerza que se aplica al levantar una carga con la ayuda de un bloque móvil. Entonces probamos que la unidad móvil da una ganancia en fuerza 2 veces ".
“Por lo general, en la práctica, se usa una combinación de un bloque fijo con un bloque móvil (Fig. 181). La unidad fija es solo por conveniencia. No proporciona una ganancia de fuerza, pero cambia la dirección de la fuerza, por ejemplo, le permite levantar la carga, de pie en el suelo. Figura 181. La combinación de bloques móviles y fijos - polispast ".	"12. La figura 24.7 muestra el sistema bloques ¿Cuántos bloques móviles hay y cuántos son estacionarios? ¿Cuál es la ganancia de potencia dada por dicho sistema de bloques, si por fricción y ¿se puede descuidar la masa de bloques? Figura 24.7. Respuesta en la página 240: "12. Tres unidades móviles y una inmóvil 8 veces ".

Para resumir la familiarización y comparación de textos y figuras en libros de texto:

Evidencia de ganar fuerza en el libro de texto A. Poryshkina se lleva a cabo en la rueda de bloqueo y la fuerza de actuación es la fuerza de la palanca; Al levantar una carga, el bloque fijo no da una ganancia de fuerza, y el bloque móvil da una ganancia de fuerza de 2 veces. No se menciona el cable en el que la carga cuelga de la unidad fija y la unidad móvil con la carga.

Por otro lado, en el libro de texto de L.E. Gendenshtein, la evidencia de ganancia de fuerza se lleva a cabo en un cable, en el que cuelga una carga o una unidad móvil con una carga y la fuerza de actuación es la fuerza de tensión del cable; Al levantar una carga, un bloque fijo puede dar una ganancia de fuerza de 2 veces, pero no se menciona una palanca en la rueda del bloque.

La búsqueda de literatura con una descripción de ganar poder en bloques y cables condujo al "Libro de texto elemental de física" editado por el académico G. S. Landsberg, en §84. Las máquinas simples en las páginas 168-175 reciben descripciones: "un bloque simple, bloque doble, compuerta, bloque de poleas y bloque diferencial". De hecho, en su diseño, "el bloque doble proporciona una ganancia de resistencia al levantar la carga, debido a la diferencia en la longitud de los radios de los bloques", con los que se levanta la carga, y "el polipasto de cadena proporciona una ganancia de fuerza al levantar la carga, debido a la cuerda , en varias partes de las cuales cuelga una carga ". Por lo tanto, fue posible averiguar por qué se da la ganancia de fuerza, al levantar la carga, por separado el bloque y el cable (cuerda), pero no fue posible descubrir cómo interactúan el bloque y el cable entre sí y transferir el peso de la carga entre sí, ya que la carga puede suspenderse en un cable , y el cable se arroja sobre el bloque o la carga puede colgarse del bloque y el bloque se cuelga del cable. Resultó que la fuerza de tensión del cable es constante y actúa a lo largo de todo el cable, por lo que la transferencia del peso de la carga por el cable al bloque será en cada punto de contacto entre el cable y el bloque, así como la transferencia del peso de la carga suspendida en el bloque al cable. Para aclarar la interacción de la unidad con el cable, realizaremos experimentos para ganar energía en la unidad móvil, al levantar la carga, utilizando el equipo del gabinete de física de la escuela: dinamómetros, bloques de laboratorio y un conjunto de cargas en 1N (102 g). Comenzamos los experimentos con la unidad móvil, porque tenemos tres versiones diferentes de ganar poder en el poder de esta unidad. La primera versión es "Fig. 180. Una unidad móvil como palanca con hombros desiguales "- A. Libro de texto de Poryshkina, segunda" Fig. 24.5 ... dos fuerzas de tensión de cable idénticas F "- según el libro de texto de L. Hendenstein y finalmente la tercera" Fig. 145. Polyspast " . Levantar una carga con una jaula móvil de un polipasto de cadena en varias partes de una cuerda, según el libro de texto de G. Landsberg G.

Experiencia No. 1. "Fig. 183"

Para llevar a cabo el experimento No. 1, ganando fuerza en el bloque móvil con una "palanca con brazos desiguales del OAB fig. 180" según el libro de texto A. Poryshkina, en el bloque móvil "Fig. 183" posición 1, dibuje una palanca con hombros desiguales del OAV, como en la "Fig. 180", y comience a levantar la carga de la posición 1 a la posición 2. En ese instante, la unidad comienza a girar, en sentido antihorario, alrededor de su eje en el punto A y en el punto B, el extremo de la palanca más allá de la cual va el elevador más allá del semicírculo, a lo largo del cual el cable desde abajo se dobla alrededor del bloque móvil. Punto O: el punto de apoyo de la palanca, que debe fijarse, baja, ver "Fig. 183" - posición 2, es decir, la palanca con hombros desiguales OAB cambia como una palanca con hombros iguales (los mismos caminos pasan los puntos O y B).

Con base en los datos obtenidos en el experimento No. 1 sobre los cambios en la posición de la palanca OAB en el bloque móvil al levantar mercancías de la posición 1 a la posición 2, podemos concluir que la representación del bloque móvil como una palanca con hombros desiguales en la "Fig. 180", al levantar La carga, con la rotación del bloque alrededor de su eje, corresponde a una palanca con hombros iguales, que no proporciona una ganancia de fuerza al levantar la carga.

Comenzamos el experimento No. 2 sujetando los dinamómetros a los extremos del cable, en los que colgaremos una unidad móvil con un peso de 102 g, que corresponde a una gravedad de 1 N. Uno de los extremos del cable se fijará a la suspensión, y levantaremos la carga en la unidad móvil en el otro extremo del cable. Antes del levantamiento, las lecturas de ambos dinamómetros a 0.5 N, al comienzo del levantamiento de las lecturas del dinamómetro, para las cuales se realiza el levantamiento, cambiaron a 0.6 N, y permanecieron así durante el levantamiento, al final del levantamiento las lecturas regresaron a 0.5 N. Las lecturas del dinamómetro se fijaron para una suspensión fija no cambió durante el ascenso y permaneció igual a 0,5 N. Analicemos los resultados del experimento:

1. Antes de levantar, cuando una carga de 1 N (102 g) cuelga de un bloque móvil, el peso de la carga se distribuye a toda la rueda y se transfiere al cable, que rodea el bloque desde abajo, con todo el semicírculo de la rueda.
2. Antes de levantar las lecturas de ambos dinamómetros a 0.5 N, lo que indica la distribución del peso de la carga de 1 N (102 g) en dos partes del cable (antes y después del bloque) o que la fuerza de tensión del cable es 0.5 N, y lo mismo a lo largo de toda la longitud del cable (que al principio, lo mismo al final del cable), ambas afirmaciones son ciertas.

Comparemos el análisis de la experiencia No. 2 con las versiones de los libros de texto sobre ganar fuerza en 2 veces con un bloque en movimiento. Comencemos con la declaración en el libro de texto de Gendenstein L.E. "... que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P dirigida hacia abajo y dos fuerzas de tensión de cable idénticas dirigidas hacia arriba (Fig. 24.5)". La declaración de que el peso de la carga en "Fig. Se distribuyeron 14.5 ”en dos partes del cable, antes y después del bloque, ya que la fuerza de tensión del cable es una. Queda por analizar la firma de "Fig. 181" del libro de texto de A. V. Poryshkin "Combinación de bloques móviles y fijos - bloque de poleas". Una descripción del dispositivo y la ganancia de potencia, cuando se levanta la carga, con un polipasto de cadena se proporciona en el Libro de texto de física elemental, ed. G. Lansberg, donde se dice: "Cada trozo de cuerda entre los bloques actuará sobre una carga en movimiento con una fuerza T, y todos los trozos de la cuerda actuarán con una fuerza nT, donde n es el número de secciones separadas de la cuerda que conectan ambas partes del bloque". Resulta que si aplicamos la ganancia de fuerza a la "Fig. 181" por la "cuerda que conecta ambas partes" del bloque de cadena del Libro de texto de física elemental de G.S. Landsberg, entonces la descripción de la ganancia de fuerza por el bloque móvil en la "Fig. 179 y, respectivamente, la Fig. 180 ”es un error.

Después de analizar cuatro libros de texto de física, podemos concluir que la descripción existente de ganar poder mediante un mecanismo de bloque simple no corresponde a la situación real y, por lo tanto, requiere una nueva descripción del funcionamiento de un mecanismo de bloque simple.

Equipo de elevación simple   consiste en un bloque y una soga (soga o cadena).

Los bloques de este mecanismo de elevación se dividen en:

por diseño simple y complejo;

por el método de levantar la carga en movimiento y estacionaria.

La familiaridad con el diseño de los bloques comenzará con bloque simple, que es una rueda que gira alrededor de su eje, con una ranura alrededor de la circunferencia del cable (cuerda, cadena) Fig. 1 y puede considerarse como un brazo igual, en el que los hombros de las fuerzas son iguales al radio de la rueda: ОА \u003d ОВ \u003d r. Tal unidad no proporciona una ganancia de fuerza, pero le permite cambiar la dirección de movimiento del cable (cuerda, cadena).

Doble bloque   consiste en dos bloques de radios diferentes, unidos rígidamente y montados en el eje común de la figura 2. Los radios de los bloques r1 y r2 son diferentes y, al levantar la carga, actúan como una palanca con hombros desiguales, y la ganancia de fuerza será igual a la relación de las longitudes de los radios del bloque de mayor diámetro al bloque de menor diámetro F \u003d P · r1 / r2.

Puerta de enlace consiste en un cilindro (tambor) y un mango unido a él, que actúa como un bloque de gran diámetro. La ganancia de fuerza dada por el collar está determinada por la relación del radio del círculo R descrito por el mango al radio del cilindro r en el que se enrolla la cuerda F \u003d P · r / R.

Pasemos al método de levantar cargas en bloques. A partir de la descripción del diseño, todos los bloques tienen un eje alrededor del cual giran. Si el eje del bloque es fijo y al levantar mercancías no sube ni baja, entonces dicho bloque se llama bloque fijobloque simple, doble bloque, portón.

En bloque rodanteel eje sube y baja con la carga de la Fig. 10 y está destinado principalmente a eliminar la deformación del cable en el lugar de suspensión de la carga.

Conozcamos el dispositivo y el método para levantar la segunda parte de un mecanismo de elevación simple: un cable, una cuerda o una cadena. El cable está retorcido de alambres de acero, la cuerda está retorcida de hilos o hebras, y la cadena consta de eslabones interconectados.

Formas de suspensión de carga y ganancia de potencia, al levantar carga, con un cable:

En la fig. 4, la carga se fija en un extremo del cable y si levanta la carga en el otro extremo del cable, levantar esta carga requerirá una fuerza ligeramente mayor que el peso de la carga, ya que una unidad de ganancia simple en vigor no da F \u003d P.

En la Fig. 5, el trabajador se levanta por el cable, que se dobla alrededor de un bloque simple, el asiento en el que se sienta el trabajador se fija en un extremo de la primera parte del cable, y el trabajador se levanta por la segunda parte del cable con una fuerza 2 veces menor porque el peso del trabajador se distribuyó en dos partes del cable, el primero desde el asiento hasta el bloque, y el segundo desde el bloque hasta las manos del trabajador F \u003d P / 2.

En la Fig. 6, dos trabajadores levantan la carga por dos cables y el peso de la carga se distribuye uniformemente entre los cables y, por lo tanto, cada trabajador levantará la carga con la mitad del peso de la carga F \u003d P / 2.

En la Fig.7, los trabajadores levantan una carga que cuelga de dos partes de un cable y el peso de la carga se distribuye uniformemente entre las partes de este cable (como entre dos cables) y cada trabajador levantará la carga con una fuerza igual a la mitad del peso de la carga F \u003d P / 2.

En la figura 8, el extremo del cable, para el cual uno de los trabajadores levantó la carga, se fijó en una suspensión fija, y el peso de la carga se distribuyó en dos partes del cable y cuando el trabajador levantó la carga, el segundo extremo del cable se duplicó, la fuerza con la que el trabajador levantaría la carga menos peso F \u003d P / 2 y la carga será 2 veces más lenta.

En la figura 9, la carga cuelga de 3 partes de un cable, un extremo del cual está fijo y la ganancia en fuerza, al levantar la carga, será de 3, ya que el peso de la carga se distribuirá en tres partes del cable F \u003d Р / 3.

Para eliminar la deformación y reducir la fuerza de fricción, se instala un bloque simple en el lugar de suspensión de la carga y la fuerza requerida para levantar la carga no ha cambiado, ya que un bloque simple no proporciona una ganancia en la resistencia de la Fig. 10 y la Fig. 11, y el bloque en sí se llamará bloque móvil, ya que el eje de este bloque sube y baja con la carga.

Teóricamente, la carga se puede suspender en un número ilimitado de partes de un cable, pero están prácticamente limitadas a seis partes, y ese mecanismo de elevación se llama polea, que consiste en un soporte fijo y móvil con bloques simples, que se doblan alternativamente por un cable, fijado en un extremo a un soporte fijo, y la carga se levanta en el segundo extremo del cable. La ganancia de fuerza depende del número de partes del cable entre los clips fijos y móviles, como regla, son 6 partes del cable y la ganancia de potencia es 6 veces.

El artículo analiza las interacciones de la vida real entre los bloques y el cable al levantar la carga. La práctica existente para determinar que "un bloque fijo no proporciona una ganancia de resistencia, y un bloque móvil proporciona una ganancia de resistencia de 2 veces" interpretó erróneamente la interacción del cable y el bloque en el mecanismo de elevación y no reflejó la diversidad completa de la construcción de bloques, lo que condujo al desarrollo de ideas erróneas unilaterales sobre bloque En comparación con los volúmenes de material existentes para estudiar el mecanismo simple del bloque, el volumen del artículo aumentó 2 veces, pero esto permitió explicar de manera clara e inteligible los procesos que tienen lugar en el mecanismo simple de elevación de carga no solo para los estudiantes, sino también para los maestros.

Referencias

1. Poryshkin, A.V.Física, 7ma clase.: Libro de texto / A.V. Poryshkin.- 3ra ed., Adicional.- M.: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Aplicación de la regla del equilibrio de apalancamiento a un bloque, págs. 181–183
2. Gendenstein, L.E.Física. 7mo grado. A las 2 horas, Parte 1. Libro de texto para instituciones educativas / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; bajo la dirección de V.A. Orlova, I. I. Roisen, 2ª ed., Rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 p .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Mecanismos simples, págs. 188–196.
3. Libro de texto elemental de física, editado por el académico G. S. Landsberg Volumen 1. Mecánica. Calidez Molecular Physics, 10ª ed., Moscú: Nauka, 1985. § 84. Máquinas simples, págs. 168-175.
4. Gromov, S.V.Física: Libro de texto. por 7 cl. educación general instituciones / S.V. Gromov, N.A. Rodina.- 3ra ed. - M .: Educación, 2001.-158 s,: enfermo. ISBN-5–09–010349–6. § 22. Bloque, p. 55-57.

Palabras clave: bloque, bloque doble, bloque fijo, bloque móvil, bloque de poleas..

Anotación:   Los libros de texto de física para el grado 7, cuando estudian un mecanismo de bloqueo simple, interpretan la ganancia de fuerza de manera diferente al levantar una carga usando este mecanismo, por ejemplo: en el libro de texto A.V. Peryshkina, la ganancia de fuerza se logra con la ayuda de una rueda de bloque, sobre la cual actúan las fuerzas de palanca, y en el libro de texto de Gendenshtein L. E. se obtiene la misma ganancia con la ayuda de un cable, sobre el cual actúa la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes asignaturas y diferentes fuerzas: para obtener una ganancia de fuerza al levantar una carga. Por lo tanto, el propósito de este artículo es buscar objetos y fuerzas, con la ayuda de los cuales se obtiene ganancia de fuerza al levantar una carga con un mecanismo de bloqueo simple.

Bloques La regla de oro de la mecánica

"La mente pensante no se siente feliz,

hasta que logra unir a los dispares

hechos observados por él "

D. de Hevesy

Este tema está dedicado al estudio de los bloques. Así como la consideración de la Regla de Oro de la Mecánica.

En temas anteriores, se discutieron mecanismos simples como el apalancamiento. Palanca - es cualquier cuerpo sólido que puede girar en relación con un soporte o eje fijo.

Hay dos tipos de palancas: una palanca el primero   y palanca segundo amable. P apalancamiento del primer tipo   - esta es una palanca cuyo eje de rotación está ubicado entre los puntos de aplicación de fuerzas, y las fuerzas mismas están dirigidas en una dirección. Palanca del segundo tipo   - esta es una palanca cuyo eje de rotación se encuentra en un lado de los puntos de aplicación de fuerzas, y las fuerzas mismas se dirigen opuestas entre sí.

Traído condición de equilibrio de palanca, según el cual, la palanca está en equilibrio, siempre que las fuerzas aplicadas a ella sean inversamente proporcionales a la longitud de sus hombros.

Revisado momento de poder - una cantidad física igual al producto del módulo de fuerza que rota el cuerpo y su hombro.   Y formuló la condición de equilibrio de la palanca a través de regla de los momentos, según el cual, la palanca bajo la acción de dos fuerzas generadoras de momento está en equilibrio si el momento de fuerza que hace girar la palanca en sentido horario es igual al momento de fuerza que hace girar la palanca en sentido antihorario.

Sin embargo, además del apalancamiento, a menudo se usa para levantar bienes y bloque simple   o sistema de bloque. Especialmente a menudo se utilizan bloques en sitios de construcción, en puertos y en almacenes. Cualquier el bloque es una rueda con una ranura, montada en una jaula. Se pasa una cuerda, cable o cadena a través de la ranura del canal.

¿Y qué son los bloques? ¿Y cómo transforman el poder?

Si el eje del bloque es fijo y al levantar cargas no baja ni sube, entonces el bloque se llama inmóvil. Tal bloque puede considerarse como brazo igual, cuyos hombros son iguales al radio de la rueda. ¿Tal bloqueo da una ganancia de fuerza? Pon la experiencia. Tome una carga que pese 3 N y cuélguela en un extremo del hilo lanzado sobre el bloque, y conecte un dinamómetro al otro. Con un aumento de carga uniforme, el dinamómetro mostrará una fuerza igual al peso de la carga, es decir. 3 N. Esbozamos las fuerzas que actúan sobre el bloque.

Esta es la fuerza elástica del hilo, igual al peso de la carga, la fuerza elástica del hilo, igual a la fuerza aplicada al dinamómetro, la gravedad que actúa sobre el bloque y la fuerza elástica del eje del bloque. Como se puede ver en la figura, los hombros de las fuerzas de gravedad y la elasticidad del bloque son iguales a cero. Entonces sus momentos relativos al eje son iguales a cero. Los hombros de las fuerzas elásticas del hilo uno y dos son iguales entre sí como los radios del bloque. En el estado de equilibrio del bloque, los momentos de fuerzas F   1 y F   2 deben ser iguales. Y dado que los momentos de estas fuerzas son iguales, entonces las fuerzas mismas son iguales entre sí. En otras palabras, la fuerza aplicada es igual al peso de la carga. De esta manera el bloque inmóvil no da una ganancia de fuerza, sino que solo cambia su dirección.

¿Por qué usar un bloque fijo si no hay ganancia de fuerza? Después de todo, con el mismo éxito, cualquier viga transversal podría usarse para levantar la carga.. Es posible, pero pierde, ya que es necesario superar la fuerza de deslizamiento de la cuerda a lo largo de la barra transversal, que es mucho mayor que la fuerza de fricción de rodadura en el rodamiento del bloque.

Pero, ¿puede un bloque aún dar una ganancia de fuerza?Consideremos otro tipo de bloque: movible   bloque Móvil es un bloque cuyo eje de rotación, al levantar la carga, se mueve con la carga.

Colgamos una carga que pesa 6 N en dicho bloque. Arreglamos un extremo del hilo lanzado sobre el bloque, y levantaremos la carga de manera uniforme con el dinamómetro detrás del otro. El dinamómetro muestra que la fuerza aplicada al extremo de la cuerda es de 3 N, es decir, la mitad del peso de la carga. Por lo tanto el bloque en movimiento proporciona una ganancia de fuerza de aproximadamente 2 veces. Por qué

El peso de la carga, las fuerzas elásticas del hilo, que son iguales entre sí, y la gravedad del bloque actúan sobre el bloque. En este caso, con mayor frecuencia, se descuida la gravedad del bloque, ya que generalmente es mucho menor que el peso de la carga. Cuando la carga se mueve, la unidad móvil gira en relación con el punto D. Por lo tanto, la unidad móvil es una palanca del segundo tipo.   Escribimos la condición de equilibrio a través de la regla de los momentos. De la figura se puede ver que el hombro del peso de la carga es igual al radio del bloque, y el hombro de la segunda fuerza es igual a los dos radios del bloque.

Dado que la fuerza F   2 es igual a la fuerza Funido al extremo de la cuerda, y usando la propiedad principal de proporción, obtenemos

Por lo tanto, podemos concluir que el bloque móvil da una ganancia en fuerza dos veces.

Ahora podemos llegar a la conclusión principal de que mediante el uso de mecanismos simples, podemos ganar fuerza.

Hay una pregunta lógica: ¿Es posible obtener una ganancia en el trabajo utilizando un mecanismo simple?? Si la fuerza aplicada es menor que el peso de la carga, ¿será menor el trabajo de levantar la carga sin utilizar un mecanismo?

Pon la experiencia. Levantaremos la carga de manera uniforme a cierta altura usando un bloque móvil (descuidamos la gravedad del bloque y la fuerza de fricción).

El trabajo de la fuerza aplicada al hilo es igual al producto de la fuerza aplicada al hilo y la altura de elevación de su punto de aplicación.

Como se puede ver en la figura, la altura de elevación del punto de aplicación de la fuerza es dos veces mayor que la altura de elevación de la carga. El trabajo de levantar la carga es igual al módulo del producto del peso de la carga y la altura de la carga.

Ahora compara las dos obras. Al mismo tiempo, tenemos en cuenta que la fuerza aplicada al extremo de la cuerda es aproximadamente dos veces menor que el peso de la carga.

Teniendo en cuenta este hecho, obtenemos que el trabajo de levantar la carga es igual al trabajo de la fuerza aplicada al hilo.

De esta manera el uso de una unidad móvil no da una ganancia en el trabajo. Dado que hay una ganancia de 2 veces en fuerza y \u200b\u200buna pérdida de 2 veces en tránsito.

Del mismo modo, podemos abordar la consideración del apalancamiento. Para hacer esto, se equilibran 2 fuerzas de módulo diferentes en la palanca, y la palanca se pone en movimiento.

Si medimos las distancias recorridas por las fuerzas mayores y menores, y los módulos de estas fuerzas, obtenemos que los caminos recorridos por los puntos de aplicación de fuerzas en la palanca son inversamente proporcionales a las fuerzas.

Así, como en el caso de la unidad móvil, podemos concluir que actuando sobre el brazo largo de la palanca, ganamos fuerza, pero al mismo tiempo perdemos el mismo tiempo en el camino.Como el producto de la fuerza en el camino es el trabajo, en este caso, ganar en el trabajo no funciona.

Como ha demostrado la práctica centenaria, ningún mecanismo da una ganancia en el trabajo. Esta declaración se llama la regla de oro de la mecánica. Si con la ayuda de un mecanismo simple ganamos fuerza, entonces perdemos en el camino tantas veces.

¿Es posible establecer una estricta igualdad entre ellos al comparar trabajos? Después de todo, al hacer esta o aquella conclusión, se introdujo la condición de que la fuerza de gravedad que actúa sobre el bloque y la fuerza de fricción en el bloque pueden ser descuidadas   Sin embargo, la fricción existe. Está presente en todos los mecanismos. Y también existe la gravedad, que actúa sobre el bloque mismo, aunque sea pequeña. Incluso si no se levanta un mecanismo simple o sus partes (como en el caso de un bloque fijo), es necesario ejercer una fuerza adicional para ponerlo en movimiento, es decir, para superar la inercia del mecanismo. Por lo tanto la fuerza aplicada al mecanismo en realidad debe hacer más trabajo que el trabajo útil de levantar la carga.

El trabajo de la fuerza aplicada al mecanismo se llama gastado   o trabajo completo. Un útil   es el trabajo de levantar solo la carga en sí.

Si considera algún mecanismo, entonces trabajo útil siempre   solo una fracción del trabajo total. Denote trabajo útil como Un   P, y gastado - Un 3 . La relación entre trabajo útil y trabajo gastado se denomina coeficiente de eficiencia del mecanismo.   (eficiencia abreviada).

La eficiencia está indicada por la letra griega pequeña h (esto) y se expresa con mayor frecuencia como un porcentaje. Desde trabajo útil siempre menos que perfecto, entonces la eficiencia del mecanismo siempre es inferior al 100%.

Ejercicios

Tarea 1   ¿Cuál es la fuerza mínima que debe aplicarse al extremo de la cuerda para levantar una bolsa de cemento de 50 kg con un bloque móvil? ¿A qué altura se elevará la bolsa cuando se realice esta fuerza de 2500 J?

Tarea 2   Una losa que pesaba 120 kg se elevó uniformemente usando un bloque móvil a una altura de 16 m durante un período de 40 s. Teniendo en cuenta la eficiencia del 80% y la masa del bloque, 10 kg, determine el trabajo completo y la potencia desarrollada.

Hallazgos clave:

– Bloque   - Esta es una de las variedades de la palanca, que es una rueda con una rampa, fortificada en una jaula. Distinguir entre bloques móviles y fijos.

– Bloque fijo   - este es un bloque cuyo eje de rotación es fijo y al levantar cargas no sube ni baja.

– Unidad móvil   - Este es un bloque cuyo eje de rotación sube y baja con la carga.

– Bloque fijo no da una ganancia de fuerza, sino que solo cambia su dirección.

– Unidad móvilsi descuidamos la fricción y el peso del bloque en sí, da ganancia en fuerza   dos veces

– La regla de oro de la mecánicasegún el número de veces que ganamos en fuerza, perdemos tantas veces en el camino.

– Coeficiente de rendimiento   El mecanismo muestra cuánto del trabajo realizado por la fuerza aplicada perfecta es trabajo útil.

– Trabajo útil   siempre menos que perfecto. Coeficiente de rendimiento de cualquier mecanismo. menos del 100%.

Descripción del dispositivo

El bloque es un mecanismo simple, que es una rueda con una ranura alrededor de la circunferencia para una cuerda o cadena, capaz de girar libremente alrededor de su eje. Sin embargo, una cuerda lanzada sobre la rama de un árbol también es en cierta medida un bloque.

¿Por qué necesitamos bloques?

Dependiendo de su diseño, los bloques pueden permitirle cambiar la dirección de la fuerza aplicada (por ejemplo, para levantar una carga suspendida en una cuerda lanzada a través de la rama de un árbol, debe tirar del otro extremo de la cuerda hacia abajo ... o hacia un lado). Al mismo tiempo, esta unidad no dará una ganancia de fuerza. Tales bloques se llaman inmóvil, ya que el eje de rotación del bloque está rígidamente fijo (por supuesto, si la rama no se rompe). Tales bloques se usan por conveniencia. Por ejemplo, al levantar una carga a una altura, es mucho más fácil tirar de una cuerda con una carga lanzada sobre el bloqueabajo aplicando su peso corporal a él, que pararse en la parte superior y tirar de la carga con la cuerda.

Además, hay bloques que no solo le permiten cambiar la dirección de la fuerza aplicada, sino que también le dan una ganancia de fuerza. Este bloque se llama movible   y funciona exactamente lo contrario que una unidad móvil.

Para recibir una ganancia de fuerza, es necesario fijar firmemente un extremo de la cuerda (por ejemplo, atarlo a una rama). A continuación, se instala una rueda con una rampa en la que se suspende la carga en la cuerda (esto debe hacerse de tal manera que la rueda con la carga pueda circular libremente a lo largo de nuestra cuerda).Ahora, tirando del extremo libre de la cuerda hacia arriba, veremos que el bloque con la carga también comenzó a elevarse.

Los esfuerzos que necesitaremos para levantar la carga de esta manera serán aproximadamente 2 veces menos que el peso de la carga junto con la unidad. Desafortunadamente, este tipo de bloque no permite cambiar la dirección de la fuerza en un amplio rango, por lo tanto, a menudo se usa junto con un bloque fijo (rígidamente fijo).

Descripción de la experiencia.

Al principio, el video demuestra el principio del movimiento de un bloque fijo: las cargas de la misma masa se suspenden de un bloque rígidamente fijo, mientras el bloque está en equilibrio. Pero solo cuelgue un peso extra, tan pronto como la ventaja comience a lo grande.

Además, usando un sistema de bloques móviles y fijos, tratamos de lograr un estado de equilibrio seleccionando el número óptimo de pesos suspendidos de ambos lados. Como resultado, el bloque se equilibra cuando el número de pesos suspendidos del bloque móvil se vuelve dos veces mayor que los pesos suspendidos del extremo libre del hilo.

Por lo tanto, podemos concluir que bloque móvil da una doble ganancia en fuerza.

Es interesante

¿Sabes que los bloques móviles y fijos se usan ampliamente en engranajes de automóviles? Además, los constructores usan los bloques para levantar cargas grandes y pequeñas (bien, o ellos mismos). Por ejemplo, al reparar las fachadas externas de los edificios, los constructores a menudo trabajan en una cuna que puede moverse entre pisos. Al finalizar el trabajo en el piso, los trabajadores pueden mover rápidamente la cuna un piso más alto, usando solo la propia fuerza). Los bloques están muy extendidos debido a la simplicidad de su ensamblaje y la conveniencia de trabajar con ellos.

Un bloque es un tipo de palanca, es una rueda con una ranura (Fig. 1), puede pasar una cuerda, cable, cuerda o cadena a través de la ranura.

Fig. 1 Vista general del bloque

Los bloques se dividen en móviles e inmóviles.

El eje de la unidad fija es fijo; al levantar o bajar la carga, no sube ni baja. El peso de la carga que levantamos se denota por P, la fuerza aplicada se denota por F, el punto de apoyo es O (Fig. 2).

Fig.2. Bloque fijo

El brazo de la fuerza P es el segmento OA (brazo de la fuerza l 1), fuerza del hombro F corte OB (fuerza del hombro l 2) (Fig. 3). Estos segmentos son los radios de la rueda, luego los hombros son iguales al radio. Si los hombros son iguales, entonces el peso de la carga y la fuerza que aplicamos para levantar son numéricamente iguales.

Fig.3. Bloque fijo

Tal bloqueo no proporciona una ganancia de fuerza. De esto podemos concluir que es aconsejable usar un bloque fijo para la conveniencia de levantar, es más fácil levantar la carga, usando una fuerza que se dirige hacia abajo.

Un dispositivo en el que el eje puede subir y bajar con la carga. La acción es similar a la acción de la palanca (Fig. 4).

Fig. 4. Unidad móvil

Para que este bloque funcione, un extremo de la cuerda está fijo, aplicamos una fuerza F al segundo extremo para levantar una carga de peso P, la carga está unida al punto A. El punto de pivote es el punto O durante la rotación, porque en cada momento de movimiento el bloque gira y el punto O sirve como punto de pivote (fig. 5).

Fig. 5. Unidad móvil

Los valores de la fuerza del hombro F son dos radios.

El valor del brazo de fuerza P es un radio.

Los hombros de las fuerzas difieren dos veces, de acuerdo con la regla de equilibrio de la palanca, las fuerzas difieren dos veces. La fuerza requerida para levantar una carga con un peso de P será dos veces menor que el peso de la carga. La unidad móvil ofrece una ventaja en potencia dos veces.

En la práctica, se usan combinaciones de bloques para cambiar la dirección de acción de la fuerza aplicada para levantarla y dividirla en dos (Fig. 6).

Fig. 6. La combinación de bloques móviles y fijos.

En la lección, nos familiarizamos con el dispositivo de un bloque fijo y móvil, hecho que los bloques son una variedad de palancas. Para resolver problemas sobre este tema, es necesario recordar la regla de equilibrio de la palanca: la relación de fuerzas es inversamente proporcional a la relación de los hombros de estas fuerzas.

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Colección de problemas de física para los grados 7-9 de instituciones educativas. - 17ª ed. - M .: Educación, 2004.
2. Peryshkin A.V. Física 7 cl. - 14ª ed., Estereotipo. - M .: Avutarda, 2010.
3. Peryshkin A.V. Colección de problemas en física, 7º a 9º grado: 5ª ed., Estereotipo. - M: Editorial "Examen", 2010.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. School.xvatit.com ().
3. Scienceland.info ().

Tarea

1. Descubra por sí mismo qué es un polipasto de cadena y qué tipo de ganancia de fuerza brinda.
2. ¿Dónde se usan los bloques fijos y móviles en la vida cotidiana?
3. ¿Cómo es más fácil subir: subir una cuerda o subir con un bloque fijo?

Por ahora, suponemos que la masa del bloque y el cable, así como la fricción en el bloque, pueden descuidarse. En este caso, la fuerza de tensión del cable puede considerarse igual en todas sus partes. Además, consideraremos que el cable es inextensible y su masa es insignificante.

Bloque fijo

El bloque fijo se usa para cambiar la dirección de la fuerza. En la fig. 24.1, a muestra cómo usar el bloque fijo para invertir la dirección de la fuerza. Sin embargo, con su ayuda, puede cambiar la dirección de la fuerza como lo desee.

Dibuje un diagrama sobre el uso de un bloque fijo, con el cual puede rotar la dirección de la fuerza 90 °.

¿Un bloque fijo da una ganancia de fuerza? Considere esto usando el ejemplo que se muestra en la fig. 24.1 a. El cable es arrastrado por la fuerza ejercida por el pescador hasta el extremo libre del cable. La fuerza de tensión del cable permanece constante a lo largo del cable, por lo tanto, desde el lado del cable, la carga (pez) se ve afectada por la misma fuerza de módulo. Por lo tanto, un bloque fijo no da una ganancia de fuerza.

Cuando se usa una unidad fija, la carga aumenta tanto como cae el extremo del cable, a lo que el pescador aplica fuerza. Esto significa que usando un bloque fijo, no ganamos ni perdemos en el camino.

Unidad móvil

Pon la experiencia

Al levantar una carga con la ayuda de un bloque móvil ligero, notamos que si la fricción es baja, entonces para levantar la carga es necesario aplicar una fuerza que sea aproximadamente 2 veces menor que el peso de la carga (Fig. 24.3). Por lo tanto, la unidad móvil proporciona una ganancia de fuerza de 2 veces.

Fig. 24.3 Al usar la unidad móvil, ganamos 2 veces en fuerza, pero perdemos la misma cantidad de veces en el camino

Sin embargo, para obtener una doble ganancia de fuerza, debe pagar la misma pérdida en el camino: para levantar la carga, por ejemplo, en 1 m, debe elevar el extremo del cable lanzado sobre el bloque en 2 m.

El hecho de que el bloque móvil proporciona una doble ganancia de fuerza puede probarse sin recurrir a la experiencia (ver más abajo la sección "¿Por qué el bloque móvil proporciona una doble ganancia de fuerza?").