Применение закона равновесия рычага к блоку
Мы называем рычагом любое твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Одной из разновидностей рычага является такой простой механизм как блок.
Блок представляет собой колесо (диск) с желобом, укрепленное в обойме.
По желобу блока пропускают трос, цепь или веревку. Если блок — это разновидность рычага, то применим ли к нему закон равновесия: $\frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1}$?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, на данном уроке мы более подробно изучим устройство блока. Блоки бывают двух видов: подвижный и неподвижный. Рассмотрим принцип работы каждого из них.
Неподвижный блок
Какой блок называют неподвижным?
Неподвижный блок — это блок, ось которого закреплена и при подъеме груза не поднимается и не опускается.
Блок такого вида изображен на рисунке 1.
Неподвижный блок — это равноплечий рычаг. Плечи рычага в данном случае — отрезки OA и OB. Они равны радиусу колеса блока: $OA = OB = l_1 = r$.
Как вы знаете, такой рычаг (блок) не даст нам выигрыш в силе: $F_1 = F_2$.
Для какой цели применяют неподвижный блок?
Его используют для того, чтобы поменять направление действия силы.
Неподвижный блок не дает выигрыша в силе:
$F_1 = F_2$.
Если поднимать груз без использования блока, мы будем использовать только силу наших мышц. Если мы используем блок, то тогда мы можем тянуть за веревку вниз, используя и силу наших мышц, и вес своего тела. Таким образом поднять груз намного легче.
Подвижный блок
Какой блок называют подвижным?
Подвижный блок — это блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом.
Такой блок изображен на рисунке 2.
В данном случае точка опоры O будет находиться не в центре колеса, а на его окружности. Мы действуем на блок с силой $F_1$, а груз — с силой $F_2$. Плечо силы $F_1$ — отрезок OB ($l_1$), плечо силы $F_2$ — отрезок OA ($l_2$). Из рисунка мы видим, что плечо OB будет в 2 раза больше плеча OA: $OB = 2r = 2OA$ или $l_1 = 2l_2$.
Применим правило равновесия рычага:
$\frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1} = \frac{l_2}{2l_2} = \frac{1}{2}$.
Выразим силу $F_1$:
$F_1 = \frac{F_2}{2}$.
При использовании блока для подъема груза сила $F_2$, с которой груз действует на блок, будет равна его весу $P$. Силу $F_1$ теперь можем обозначить просто $F$ без индекса.
Какой выигрыш в силе дает подвижный блок?
Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза:
$F = \frac{P}{2}$.
Применение комбинаций блоков
На практике часто применяют комбинацию (систему) неподвижного и подвижного блоков (рисунок 3). Такая комбинация называется полиспастом блоков.
При таком варианте использования блоков мы также получаем выигрыш в силе в 2 раза. Обеспечивает его подвижный блок. С помощью неподвижного блока изменяем направление силы. Он позволяет занять нам более удобное положение — так мы можем поднимать груз, стоя на земле.
На практике полиспаст является частью механизма подъема у подъемных кранов (рисунок 4).
Альпинисты используют систему блоков для натяжения перил и переправ, а также для подъема пострадавших из ущелий, трещин и др. (рисунок 5).
Оценить урок
Что можно улучшить?
Войдите, чтобы оценивать уроки
Что нужно исправить?
Отзыв отправлен. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Хотите оставить комментарий?
ВойтиЕвгения Семешева
Медицинский физик, преподаватель физики средней и старшей школы.