Система блоков для подъема грузов

Система блоков в физике — это

Блоки появились, по крайней мере, во времена Архимеда (287 г. до н. э. — 212 г. до н. э.), великого греческого математика, физика и инженера. Он разработал систему блоков и снастей для перемещения массивных кораблей.

В системе блоков используется блок в форме диска, вокруг которого обвивается веревка, чтобы создать простую машину. Сила натяжения, приложенная к одной стороне веревки, использует систему для отклонения силы в другом направлении. Это идеальные машины, в которых сила не теряется из-за трения или каких-либо других факторов.

Некоторые из этих параметров:

1. Величина приложенной силы не меняется, но меняется ее направление, так как шкив можно рассматривать как идеальную простую машину. Сопротивление, которое шкив оказывает веревке, равно нулю.
2. Когда рассчитывается действие силы на тело, прикрепленное к шкиву, массу шкива учитывать не нужно.
3. При применении закона сохранения энергии не нужно беспокоиться об энергии веревки и блока.

Для чего используется

При использовании блока для подъема тел сила, которую необходимо приложить, уменьшается. Например, к массе, подвешенной на блоке, прикладывается сила F. Заметим, что сила, которая обычно требуется для подъема этой массы, будет больше, чем сила F, приложенная к системе блоков.

В обычной ситуации, чтобы поднять массу m с постоянной скоростью без использования шкива или блока, прикладывается сила, равная массе объекта, подвешенного на струне. Эта сила будет представлена в виде mg, то есть массы, умноженной на силу тяжести. При использовании блока эта масса также будет подниматься с силой mg вместе с натяжением (t) в направлении вверх. Сила будет распределена между натяжением веревки, закрепленной на потолке, T, и натяжением веревки, намотанной на руку, F.

Блок массой (m) тянут вверх две силы — F и T. Мы знаем, что mg будет равно F + T, а значит:

2F = mg или F = mg/2

Таким образом, мы понимаем, что для подъема груза массой mg потребуется лишь половина силы. Это и есть использование простой машины, а точнее, блока.

Используя одну формулу внутри треугольника, можно получить механическое преимущество, нагрузку и усилие.

1. Механическое преимущество = (Нагрузка/Усилие).
2. Нагрузка = механическое преимущество*усилие.
3. Усилие = (нагрузка/механическое преимущество).

С помощью одной формулы внутри треугольника можно получить расстояние, пройденное грузом, отношение скоростей и расстояние, пройденное грузом.

1. Расстояние, пройденное грузом = (расстояние, пройденное за счет усилия/коэффициент скорости).
2. Коэффициент скорости = (расстояние, пройденное за счет усилия/расстояние, пройденное за счет груза).
3. Расстояние, пройденное за счет усилия = Расстояние, пройденное грузом*Коэффициент скорости.

Как работает

Источник: school255.ru

Два типа блоков работают следующим образом:

1. Неподвижный: Когда блок закреплен на высокой платформе, его называют неподвижным. Растягивающаяся струна проходит через паз, где ее один конец прикреплен к поднимаемому телу, а другой конец свободен.
2. Подвижный: Когда блок не закреплен, но несет нагрузку, его называют подвижным. Нерастяжимая струна обвязывается вокруг канавки, где ее один конец закреплен на неподвижной опоре, а другой свободен для приложения усилия. При приложении усилия блок вместе с грузом перемещается вверх.

Как работает система блоков

Источник: mathus.ru

Допустим, у нас есть гиря весом 100 фунтов (45,4 килограмма), подвешенная на веревке. Если мы хотим подвесить гирю в воздухе, нужно приложить к веревке силу, направленную вверх, равную 100 фунтам. Если длина веревки составляет 100 футов (30,5 м), и нужно поднять груз на 100 футов вверх, то для этого нужно натянуть 100 футов веревки.

Добавим к этому блок. Единственное, что меняется, — это направление силы, которую нужно приложить, чтобы поднять вес. По-прежнему нужно приложить 100 фунтов силы, чтобы удержать груз в подвешенном состоянии, а также нужно намотать 100 футов веревки, чтобы поднять груз на 100 футов.

После добавления второго блока ситуация меняется в лучшую сторону. Вес теперь подвешен не на одном, а на двух блоках. Это означает, что вес делится поровну между двумя блоками, так что каждый из них удерживает только половину веса, или 50 фунтов (22,7 кг). Это значит, что если мы хотим удержать подвешенный в воздухе груз, нам нужно приложить только 50 фунтов силы (потолок оказывает остальные 50 фунтов силы на другой конец веревки). Если же надо поднять груз на 100 футов выше, то придется намотать в два раза больше веревки 0 — 200 футов веревки должны быть натянуты. Это демонстрирует компромисс между силой и расстоянием. Сила уменьшилась вдвое, но расстояние, на которое нужно натянуть веревку, увеличилось вдвое.

Затем добавляются третий и четвертый блоки: блок, прикрепленный к гире, фактически состоит из двух отдельных шкивов на одном валу. Такое расположение уменьшает силу в два раза и снова удваивает расстояние. Чтобы удержать гирю в воздухе, нужно приложить всего 25 фунтов силы, но чтобы поднять гирю на 100 футов выше в воздух, теперь нужно намотать 400 футов веревки.

Блок и снасти могут содержать сколько угодно блоков, хотя в какой-то момент трение в валах блоков начинает превращаться в значительный источник сопротивления.

Примеры решения задач

Решение:

• механическое преимущество (MA) 4500/1000 = 4,5;
• коэффициент скорости (VR) = Количество блоков = 5;
• эффективность = (MA/VR) × 100 = (4,5/5)×100 = 90%.

Решение:

1. Механическое преимущество (МА) 75/25 = 3.
2. Коэффициент скорости (VR) = Число шкивов = 3.
3. Эффективность = (3/3)×100 = 100%.

Решение:

1. Дана схема системы, указывающая направление нагрузки и усилия.
2. Эффективность = (75×5)/100 = 3,75.

3,75 = Нагрузка / 150 кгс = 562.5 кгс.