Фізика та хімія у побуті 

Тема: Рухомий і нерухомий блоки. Співвідношення шляху дії і висоти. Піднімання вантажу.

          Прший блок було винайдено, коли через колесо, що обертається навколо осі, невідомий механік давнини перекинув мотузку і за допомогою цього пристрою почав підіймати вантажі. За легендою, Архімед за допомогою декількох блоків зміг спустити на воду важке судно, яке не могли зрушити з місця десятки коней. Зараз блоки є в багатьох машинах і механізмах. Чим пояснюється їх широке застосування?

Блок — це простий механізм, що має форму колеса із жолобом по ободу, через який перекинуто мотузку (канат). Розрізняють рухомий і нерухомий блоки.

Нерухомий блок подібний до важеля з однаковими плечима, і тому він не дає виграшу в силі, проте дозволяє змінювати напрямок дії сили.

З'ясовуємо зв'язок нерухомого блока і важеля

На рис. 35.1, а зображене колесо (1) із жолобом (2). Вісь колеса (3) закріплена нерухомо в обоймі (4); колесо має можливість обертатися навколо цієї осі. Через жолоб перекинуто мотузку (5). Перед нами простий механізм — нерухомий блок.

Блок — це простий механізм, що має форму колеса із жолобом по ободу, через який перекинуто мотузку (канат).

Важіль і нерухомий блок, на перший погляд, є зовсім різними механізмами. Насправді нерухомий блок — це важіль з однаковими плечима. Дійсно, прикладемо до кінців мотузки, перекинутої через блок, сили F₁ і F₂ й опустимо перпендикуляри з точки опори на лінії дії сил (рис. 35.1, б, в). Бачимо, що плече кожної сили дорівнює радіусу Я блока: d₁ = ОА = R; d2 = ОВ = R.

Отже, нерухомий блок не дає виграшу в силі, проте дозволяє змінювати напрямок дії сили (див., наприклад, рис. 35.1-35.3).

Розгляньте рис. 35.1, б, в. Якщо вільний кінець мотузки потягти вниз, куди рухатиметься вантаж? куди рухатиметься візок?

Нерухомий блок у механізмі канатної дороги змінює напрямок дії сили натягу каната (а отже, напрямок руху каната) на протилежний

        Блок - простий механічний пристрій, що дозволяє регулювати силу, вісь якоi закріплена при підйомі вантажів, не піднімається і не опускається. Блок виготовляють у вигляді колеса із заглибиною для мотузки чи ланцюга, каната, i т.п., вiн крiпиться на вiсь i тому може обертатися. Якщо блок закріпити на потрібній висоті і перекинути через нього мотузку або ланцюг, то піднімати вантажі буде зручніше і швидше. Проте блок не дає виграшу в силі, а лише змінює напрямок її дії. Тривалий час цей простий механізм був незамінний у будівництві. Ним і тепер користуються під час індивідуального будівництва. За допомогою блоків можна підняти вантаж угору на значну висоту, використовуючи лише силу м’язів. Людина, використовуючи вагу свого тіла, може тягти мотузку вниз, а вантаж буде підніматися вгору, що значно легше, ніж нести його в руках.

Вісь блоку міститься в обіймах, прикріплених на балці або стіні, такий блок називається нерухомим, коли ж до цих обойма прикріплюється вантаж, і блок разом з ним може рухатися, то такий блок називається рухомим.

Нерухомий блок вживається для підйому невеликих вантажів або для зміни напрямку сили.

Умова рівноваги блоку:

, де F - додаваєме зовнішнє зусилля, m - маса вантажу, g - прискорення вільного падіння, f - коефіцієнт опору в блоці (для ланцюгів приблизно 1.05, а для мотузок - 1.1). При відсутності тертя для підйому потрібна сила, рівна вазі вантажу().

Рухомий блок має вільну вісь і призначений для зміни величини прикладених зусиль. Якщо кінці мотузки, охоплюючий блок, складають з горизонтом рівні між собою кути, то діюча на вантаж сила належить до його ваги, як радіус блоку до хорди дуги, обхопленної канатом; звідси, якщо мотузки паралельні (тобто коли дуга, охоплює мотузкою, дорівнює напівокружності), то для підйому вантажу сили буде потрібно вдвічі менше, ніж вагу вантажу, тобто:

При цьому вантаж пройде відстань, удвічі меншу пройденого точкою прикладання сили F, відповідно, виграш у силі рухомого блоку дорівнює 2.

Фактично, будь-який блок являє собою важіль, у випадку нерухомого блоку - рівноплечий, у разі рухомого - з співвідношенням плечей 1 до 2. Як і для будь-якого іншого важеля, для блоку справедливо правило: У скільки разів виграємо в зусиллі, в стільки ж разів програємо у далечині. Іншими словами, що здійснюються під час переміщення вантажу на яке-небудь відстань без використання блоку робота дорівнює роботі, затрачуваної під час переміщення вантажу на те ж саме відстань із застосуванням блоку за умови відсутності тертя. У реальному блоці завжди присутні деякі втрати.

Домашнє завдання: с.49 параграф 24