|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Система блоков |
 |
Система блоков
Анимация
Описание
Блок — простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу. Представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Желоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п. Ось блока помещается в обоймах, прикрепленных на балке или стене, такой блок называется неподвижным; если же к этим обоймам прикрепляется груз, и блок вместе с ними может двигаться, то такой блок называется подвижным.
Неподвижный блок (Рис.1) употребляется для подъема небольших грузов или для изменения направления силы. Данный тип блоков нельзя использовать для получения выигрыша в силе, т.к. для поднятия груза массой m на высоту h, необходимо все равно приложить к веревке, за которую вы тянете груз, силу mg. Однако, такой блок хорош тем, что с его помощью можно менять направление действия силы тяги. Условие равновесия блока: F = fmg, 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). В пренебрежении трением для подъема нужна сила, равная весу груза.
Неподвижный блок
Рис.1
Подвижный блок (Рис.2) 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 подъема груза потребуется сила вдвое меньше, чем вес груза, то есть F = 1/2 fmg. При этом груз пройдет расстояние, вдвое меньшее пройденного точкой приложения силы F, соответственно, выигрыш в силе подвижного блока равен 2.
Подвижный блок
Рис.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, совершаемая при перемещении груза на какое-либо расстояние без использования блока работа 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.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Используемые естественнонаучные эффекты
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
Применение эффекта
Издревле блоки, наряду с другими простыми механизмами применялись при кораблестроении и мореплавании. По отдельности блоки применяются достаточно редко. Наиболее характерным примером использования неподвижного блока является подьем небольших грузов при строительстве, когда нет необходимости использовать кран. Также используется система, состоящая из комбинации нескольких подвижных и неподвижных блоков. Такая система называется полиспаст. Простейшая такая система изображена на рис.1 и даёт выигрыш в силе в 2 раза. Система из двух неподвижных блоков, между которыми находится кольцевой ремень, называется ременной передачей.
Простейший пример полиспаста
Рис.1
Реализации эффекта
Флагшток — как правило металлическая или деревянная вертикальная стойка (шток, стержень, древко) на которой поднимается флаг.
Флагшток снабжён механизмом, для более удобного поднятия флага. Механизм представляет собой два неподвижных блока и кольцевой ремень между ними. В этом случае флаг крепится к ремню и при вращении блоков поднимается на верхнюю точку флагштока. При этом сам поднимающий избавлен от необходимости подниматься наверх.
Неподвижный блок до сих пор широко используется в строительстве в качестве простейшего подъемного механизма (рис.1) в тех случаях, когда величина подъема невелика, объем и тяжесть груза незначительны. Кроме того неподвижный блок используется практически во всех лебедках. Однако в них сила прикладывается не непосрественно к тросу, а к самому блоку.
Неподвижный блок
Рис.1
Литература
1. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика. - М.: Просвещение, 1992.
2. Пурышева Н.С. Важеевская Н.Е. Чаругин В.М. Физика: 9 класс. - М.: Дрофа, 2008.