Dźwignia jest ruchoma, a blok jest nieruchomy. Proste mechanizmy

Osoba nie jest zbyt silna do podnoszenia dużych ładunków, ale wymyśliła wiele mechanizmów upraszczających ten proces, a w tym artykule omówimy koła pasowe: cel i konstrukcję takich systemów, a także postaramy się uczynić najprostszy wersja takiego urządzenia własnymi rękami.

Bloczek ładunkowy to system składający się z lin i bloków, dzięki któremu można zyskać efektywną siłę przy jednoczesnej utracie długości. Zasada jest dość prosta. Długość przegrywamy dokładnie tyle razy, ile wygrywamy siłą. Dzięki tej złotej zasadzie mechaniki można bez większego wysiłku budować duże masy. Co w zasadzie nie jest tak krytyczne. Podajmy przykład. Teraz wygrałeś 8 razy w sile i będziesz musiał rozciągnąć linę o długości 8 metrów, aby podnieść przedmiot na wysokość 1 metra.

Korzystanie z takich urządzeń będzie Cię kosztować mniej niż wynajęcie dźwigu, a poza tym możesz samodzielnie kontrolować przyrost siły. Koło pasowe ma dwie różne strony: jedna jest stała, która jest przymocowana do wspornika, a druga jest ruchoma, która przylega do samego ładunku. Wzrost siły następuje dzięki ruchomym blokom, które są zamontowane po ruchomej stronie koła pasowego. Część stała służy jedynie do zmiany trajektorii samej liny.

Rodzaje kół pasowych wyróżniają się złożonością, parzystością i wielością. Pod względem złożoności istnieją mechanizmy proste i złożone, a wielość oznacza zwielokrotnienie siły, czyli jeśli krotność wynosi 4, to teoretycznie zyskujesz 4 razy siłę. Również rzadko, choć nadal stosuje się, stosuje się wielokrążek wysokoobrotowy, który daje przyrost prędkości ruchomych ładunków przy bardzo małych prędkościach elementów napędowych.

Rozważmy najpierw proste koło pasowe montażowe. Można go uzyskać poprzez dodanie bloków do podpory i obciążenia. Aby uzyskać nieparzysty mechanizm, należy przymocować koniec liny do ruchomego punktu ładunku, a aby uzyskać parzysty, mocujemy linę do wspornika. Dodając blok otrzymujemy +2 do siły, a ruchomy punkt daje odpowiednio +1. Na przykład, aby uzyskać krążek do wciągarki o wielokrotności 2, musisz przymocować koniec liny do wspornika i użyć jednego bloku, który jest przymocowany do ładunku. I będziemy mieli równy typ urządzenia.

Zasada działania wciągnika łańcuchowego z krotnością 3 wygląda inaczej. Tutaj koniec liny mocujemy do ładunku, a wykorzystujemy dwie rolki, z których jedną mocujemy do podpory, a drugą do ładunku. Ten typ mechanizmu daje 3-krotny wzrost siły, jest to dziwna opcja. Aby zrozumieć, jaki będzie przyrost siły, możesz zastosować prostą zasadę: ile lin pochodzi z ładunku, to jest nasz przyrost siły. Zwykle stosuje się krążki z hakiem, na których tak naprawdę mocowany jest ładunek, błędem jest sądzić, że jest to tylko klocek i lina.

Teraz dowiemy się, jak działa wciągnik łańcuchowy typu złożonego. Nazwa ta nawiązuje do mechanizmu, w którym kilka prostych wersji tego urządzenia ładunkowego jest połączonych w jeden system i przyciągają się nawzajem. Przyrost wytrzymałości takich konstrukcji oblicza się poprzez pomnożenie ich krotności. Przykładowo ciągniemy jeden mechanizm o krotności 4, a drugi o krotności 2, wtedy teoretyczne wzmocnienie siły będzie równe 8. Wszystkie powyższe obliczenia dotyczą tylko układów idealnych, które nie mają siły tarcia, ale w praktyce jest inaczej.

W każdym z bloków następuje niewielka utrata mocy z powodu tarcia, ponieważ nadal jest ona wydawana na pokonanie siły tarcia. Aby zmniejszyć tarcie należy pamiętać: im większy promień zgięcia liny, tym mniejsza będzie siła tarcia. Jeśli to możliwe, najlepiej jest używać rolek o większym promieniu. Używając karabinków, powinieneś zrobić blok identycznych opcji, ale rolki są znacznie skuteczniejsze niż karabinki, ponieważ strata na nich wynosi 5-30%, ale na karabinkach do 50%. Warto również wiedzieć, że najskuteczniejszy blok musi być umieszczony bliżej ładunku, aby uzyskać maksymalny efekt.

Jak obliczyć rzeczywisty przyrost siły? Aby to zrobić, musimy znać wydajność zastosowanych jednostek. Wydajność wyrażona jest liczbami od 0 do 1, a jeśli zastosujemy linę o dużej średnicy lub zbyt sztywną, to wydajność klocków będzie znacznie niższa niż podaje producent. Oznacza to, że należy wziąć to pod uwagę i dostosować wydajność bloków. Aby obliczyć rzeczywisty przyrost wytrzymałości prostego mechanizmu podnoszącego, należy obliczyć obciążenie każdej gałęzi liny i zsumować je. Aby obliczyć przyrost siły typów złożonych, należy pomnożyć siły rzeczywiste prostych, z których się składa.

Nie należy również zapominać o tarciu liny, ponieważ jej gałęzie mogą skręcać się między sobą, a rolki pod dużym obciążeniem mogą zbiegać się i ściskać linę. Aby temu zapobiec, bloki należy rozmieścić względem siebie, np. można pomiędzy nimi zastosować płytkę drukowaną. Powinieneś także kupować tylko liny statyczne, które się nie rozciągają, ponieważ dynamiczne powodują poważną utratę wytrzymałości. Do montażu mechanizmu można zastosować osobną linę lub linę ładunkową, mocowaną do ładunku niezależnie od urządzenia podnoszącego.

Zaletą stosowania oddzielnej liny jest to, że można szybko zmontować lub przygotować konstrukcję podnoszącą. Można wykorzystać także całą jej długość, ułatwia to także przechodzenie przez węzły. Jedną z wad jest brak możliwości automatycznego mocowania podnoszonego ładunku. Zaletą liny ładunkowej jest to, że możliwe jest automatyczne zamocowanie podnoszonego przedmiotu i nie ma potrzeby stosowania oddzielnej liny. Wadą jest to, że podczas pracy trudno jest przejść przez węzły, a na sam mechanizm trzeba też wydać linę ładunkową.

Porozmawiajmy o ruchu odwrotnym, który jest nieunikniony, ponieważ może wystąpić w momencie zaczepienia liny, w momencie zdjęcia ładunku lub podczas zatrzymania się na odpoczynek. Aby zapobiec powstaniu luzów, należy zastosować bloki umożliwiające prowadzenie liny tylko w jednym kierunku. Jednocześnie organizujemy konstrukcję tak, aby walec blokujący był mocowany jako pierwszy od podnoszonego przedmiotu. Dzięki temu nie tylko unikamy cofania się, ale także pozwalamy zabezpieczyć ładunek podczas rozładunku czy po prostu przestawić klocki.

Jeśli używasz oddzielnej liny, rolkę blokującą należy zamocować jako ostatnią od podnoszonego ładunku, a rolka blokująca powinna być bardzo skuteczna.

Teraz trochę o przymocowaniu mechanizmu podnoszącego do liny ładunkowej. Rzadko kiedy mamy pod ręką odpowiednią długość liny do zabezpieczenia ruchomej części klocka. Oto kilka rodzajów mocowania mechanizmu. Pierwsza metoda polega na użyciu węzłów chwytających, które dziergane są ze sznurków o średnicy 7-8 mm, w 3-5 zwojach. Metoda ta, jak pokazuje praktyka, jest najskuteczniejsza, ponieważ węzeł chwytający wykonany ze sznurka o średnicy 8 mm na linie o średnicy 11 mm zaczyna się ślizgać dopiero pod obciążeniem 10-13 kN. Jednocześnie początkowo nie odkształca liny, lecz po pewnym czasie roztapia oplot i przykleja się do niego, zaczynając pełnić rolę bezpiecznika.

Innym sposobem jest użycie zacisku ogólnego przeznaczenia. Czas pokazał, że można go stosować na oblodzonych i mokrych linach. Zaczyna się czołgać dopiero przy obciążeniu 6-7 kN i lekko uszkadza linę. Inną metodą jest użycie zacisku osobistego, ale nie jest to zalecane, ponieważ zaczyna się pełzać z siłą 4 kN i jednocześnie rozdziera oplot, a nawet może ugryźć linę. To wszystko są projekty przemysłowe i ich zastosowanie, ale my postaramy się stworzyć domowy wciągnik łańcuchowy.

Blok jest rodzajem dźwigni, jest to koło z rowkiem (ryc. 1), przez który można przeprowadzić linę, linę, linę lub łańcuch.

Ryc.1. Widok ogólny bloku

Bloki dzielą się na ruchome i nieruchome.

Oś nieruchomego bloku jest stała, podczas podnoszenia lub opuszczania ładunku nie podnosi się on ani nie opada. Ciężar podnoszonego ładunku oznaczymy P, przyłożoną siłę oznaczymy F, a punkt podparcia oznaczymy O (rys. 2).

Ryc.2. Naprawiono blok

Ramię siły P będzie odcinkiem OA (ramię siły l 1), ramię siłowe segment F OB (ramię siłowe l 2) (ryc. 3). Segmenty te są promieniami koła, wówczas ramiona są równe promieniowi. Jeśli ramiona są równe, wówczas ciężar ładunku i siła, jaką przykładamy do podnoszenia, są liczbowo równe.

Ryc.3. Naprawiono blok

Blok taki nie zapewnia przyrostu wytrzymałości, stąd można wyciągnąć wniosek, że dla ułatwienia podnoszenia wskazane jest użycie bloku stacjonarnego, łatwiej jest podnieść ładunek do góry, używając siły skierowanej w dół.

Urządzenie, w którym można podnosić i opuszczać oś wraz z ładunkiem. Działanie jest podobne do działania dźwigni (ryc. 4).

Ryż. 4. Ruchomy blok

Aby uruchomić ten klocek, należy zamocować jeden koniec liny, na drugi koniec przyłożyć siłę F, aby podnieść ładunek o masie P, ładunek jest przymocowany do punktu A. Punktem podparcia podczas obrotu będzie punkt O, ponieważ przy każdym w momencie ruchu klocek obraca się, a punkt O pełni rolę punktu podparcia (rys. 5).

Ryż. 5. Ruchomy blok

Wartość ramienia siły F wynosi dwa promienie.

Wartość ramienia siły P wynosi jeden promień.

Ramiona sił różnią się dwukrotnie; zgodnie z zasadą równowagi dźwigni siły różnią się dwukrotnie. Siła potrzebna do podniesienia ładunku o masie P będzie równa połowie ciężaru ładunku. Ruchomy blok daje podwójną przewagę wytrzymałościową.

W praktyce stosuje się kombinacje bloków, aby zmienić kierunek działania przyłożonej siły podnoszenia i zmniejszyć ją o połowę (rys. 6).

Ryż. 6. Połączenie bloków ruchomych i nieruchomych

Na lekcji zapoznaliśmy się z budową klocka nieruchomego i ruchomego oraz dowiedzieliśmy się, że klocki to rodzaje dźwigni. Aby rozwiązać problemy na ten temat, należy pamiętać o zasadzie równowagi dźwigni: stosunek sił jest odwrotnie proporcjonalny do stosunku ramion tych sił.

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbiór problemów z fizyki dla klas 7-9 szkół ogólnokształcących. - wyd. 17. - M.: Edukacja, 2004.
2. Peryszkin A.V. Fizyka. 7. klasa - wyd. XIV, stereotyp. - M.: Drop, 2010.
3. Peryszkin A.V. Zbiór problemów z fizyki, klasy 7-9: wyd. 5, stereotyp. - M: Wydawnictwo „Egzamin”, 2010.

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

Praca domowa

1. Przekonaj się sam czym jest wciągnik łańcuchowy i jakie zyski mocy daje.
2. Gdzie w życiu codziennym wykorzystuje się klocki stałe i ruchome?
3. Na co łatwiej się wspinać: wspinać się po linie czy wspinać się za pomocą nieruchomego klocka?

Blok ruchomy różni się od bloku stacjonarnego tym, że jego oś nie jest stała i może podnosić się i opadać wraz z ładunkiem.

Rysunek 1. Ruchomy blok

Podobnie jak blok stały, blok ruchomy składa się z tego samego koła z rowkiem na linkę. Jednak jeden koniec liny jest tutaj zamocowany, a koło jest ruchome. Koło porusza się wraz z ładunkiem.

Jak zauważył Archimedes, ruchomy klocek jest w zasadzie dźwignią i działa na tej samej zasadzie, dając przyrost siły ze względu na różnicę w ramionach.

Rysunek 2. Siły i siły w poruszającym się bloku

Poruszający się klocek porusza się wraz z ładunkiem, jakby leżał na linie. W takim przypadku punkt podparcia w każdym momencie będzie w punkcie styku bloku z liną po jednej stronie, uderzenie obciążenia zostanie przyłożone do środka bloku, gdzie jest on przymocowany do osi , a siła uciągu zostanie przyłożona w miejscu styku z liną po drugiej stronie klocka. Oznacza to, że ramię ciężaru ciała będzie promieniem bloku, a ramię naszej siły trakcyjnej będzie średnicą. Reguła momentu w tym przypadku będzie wyglądać następująco:

$$mgr = F \cdot 2r \Strzałka w prawo F = mg/2$$

Tym samym ruchomy blok daje podwójny przyrost siły.

Zwykle w praktyce stosuje się kombinację bloku stałego i ruchomego (rys. 3). Blok stały służy wyłącznie dla wygody. Zmienia kierunek działania siły, pozwalając np. na podniesienie ładunku stojąc na podłożu, a ruchomy klocek zapewnia wzmocnienie siły.

Rysunek 3. Połączenie bloków nieruchomych i ruchomych

Badaliśmy bloki idealne, czyli takie, w których nie uwzględniono działania sił tarcia. Dla bloków rzeczywistych konieczne jest wprowadzenie współczynników korygujących. Stosowane są następujące formuły:

Naprawiono blok

$F = f 1/2 mg $

We wzorach: $F$ to przyłożona siła zewnętrzna (zwykle siła rąk danej osoby), $m$ to masa ładunku, $g$ to współczynnik ciężkości, $f$ to współczynnik oporu w bloku (dla łańcuchów około 1,05, a dla lin 1,1).

Za pomocą układu ruchomych i nieruchomych klocków ładowarka podnosi skrzynkę z narzędziami na wysokość $S_1$ = 7 m, przykładając siłę $F$ = 160 N. Jaka jest masa skrzyni i ile metrów liny będzie musiał zostać usunięty podczas podnoszenia ładunku? Jaką pracę wykona w rezultacie ładowarka? Porównaj ją z pracą wykonaną na ładunku podczas jego przemieszczania. Pomiń tarcie i masę poruszającego się klocka.

$m, S_2, A_1, A_2$ -?

Ruchomy blok daje podwójny przyrost siły i podwójną utratę ruchu. Blok stacjonarny nie zapewnia przyrostu siły, lecz zmienia jej kierunek. Zatem przyłożona siła będzie równa połowie ciężaru ładunku: $F = 1/2P = 1/2mg$, skąd obliczamy masę pudełka: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9 ,8)=32,65\ kg$

Ruch ładunku będzie o połowę mniejszy niż długość wybranej liny:

Praca wykonana przez ładowarkę jest równa iloczynowi przyłożonej siły i ruchu ładunku: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.

Praca wykonana na ładunku:

Odpowiedź: Masa pudełka wynosi 32,65 kg. Długość wybranej liny wynosi 14 m. Wykonana praca wynosi 2240 J i nie zależy od sposobu podnoszenia ładunku, a jedynie od masy ładunku i wysokości podnoszenia.

Problem 2

Jaki ładunek można podnieść poruszającym się klocem o masie 20 N, jeśli linę naciągnie się siłą 154 N?

Zapiszmy regułę momentu dla poruszającego się klocka: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, gdzie $f$ jest współczynnikiem korygującym dla liny.

Wtedy $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$

Odpowiedź: Ciężar ładunku wynosi 260 N.

Bloki i koła pasowe- proste mechanizmy służące do podnoszenia ładunków przy niewielkim wysiłku lub z wysiłkiem w dogodnej dla użytkownika pozycji.

Bloki i krążki składają się z dwóch części: koła z rowkiem obwodowym (krążka) oraz liny lub liny. Blok z reguły jest urządzeniem składającym się z jednego koła pasowego w ramie z zawieszeniem i jedną linką. Zblocze to połączenie kół pasowych i linek. Zasada jego działania jest podobna do działania dźwigni – wzmocnienie siły wpływa na zwiększenie odległości przy teoretycznej równości wykonanej pracy.

Mechanizmy te mogą być stosowane niezależnie od innych urządzeń podnoszących, takich jak wciągarki, wciągniki, dźwigi, a także jako ich części.

Zdjęcia przedstawiają zasadę działania blok i koło pasowe:

Na rys. 1a ładunek o masie W1 podnosi się za pomocą pojedynczego klocka z siłą P1 równą ciężarowi. Na rys. 1b ładunek W2 jest podnoszony za pomocą najprostszego układu wielokrążkowego, składającego się z dwóch bloków, z siłą P2 równą tylko połowie ciężaru W2. Uderzenie tego ciężaru rozkłada się równo pomiędzy gałęzie liny, na której krążek B2 jest zawieszony na krążku A2 za pomocą haka C2. W konsekwencji, aby podnieść ładunek W2, wystarczy przyłożyć siłę P2 równą połowie ciężaru W2 na odnogę liny przechodzącą przez rowek krążka A2; Zatem najprostszy wciągnik łańcuchowy daje podwójny wzrost siły. Rys. 1,c wyjaśnia działanie koła pasowego z dwoma kołami pasowymi, z których każde ma dwa rowki. Tutaj siła P3 potrzebna do podniesienia ładunku W3 stanowi tylko jedną czwartą jego ciężaru. Osiąga się to poprzez rozłożenie całego ciężaru W3 pomiędzy cztery liny zawieszenia bloku B3. Należy pamiętać, że wielokrotność przyrostu siły przy podnoszeniu ciężarów jest zawsze równa liczbie lin, na których wisi ruchomy klocek B3.

Ryż. 2

W przeszłości jako kabel do bloki i koła pasowe zastosowano elastyczną i trwałą linę konopną. Utkany był z warkocza składającego się z trzech pasm, z których każdy składał się z wielu małych pasm. Wciągniki wielokrążkowe z takimi linami znalazły zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodziła konieczność podnoszenia ładunków: na statkach morskich, w rolnictwie, na budowach. Najbardziej złożone z nich (ryc. 2) były często stosowane na żaglowcach. Tam byli potrzebni do pracy przy żaglach, częściach drzewców i innym sprzęcie ruchomym.

Z biegiem czasu krawędzie konopi zostały zastąpione kablami stalowymi oraz kablami z włókien syntetycznych i mineralnych. Są bardziej trwałe i odporne na zużycie. Wciągniki wielokrążkowe z linami stalowymi i krążkami wielorowkowymi stanowią integralną część mechanizmów podnoszących wszystkich nowoczesnych urządzeń dźwigowych. Koła pasowe Bloki zazwyczaj obracają się na łożyskach tocznych, a wszystkie ich powierzchnie ruchome są smarowane na siłę.

Bloki służą do podnoszenia ładunków. Blok to koło z rowkiem, zamontowane w uchwycie. Przez zsyp bloku przepuszczana jest lina, kabel lub łańcuch. bez ruchu nazywają taki blok, którego oś jest stała i podczas podnoszenia ładunków nie podnosi się ani nie opada (ryc. 1, a, b).

Blok stały można uznać za dźwignię równoramienną, w której ramiona przyłożonych sił są równe promieniowi koła. Zatem z reguły momentów wynika, że ​​nieruchomy blok nie zapewnia przyrostu siły. Umożliwia zmianę kierunku siły.

Rysunek 2, a, b pokazuje ruchomy blok(oś bloku podnosi się i opada wraz z obciążeniem). Taki blok obraca się wokół chwilowej osi O. Reguła momentu dla niego będzie miała postać

Tym samym ruchomy blok daje podwójny przyrost siły.

Zwykle w praktyce stosuje się kombinację bloku stałego i ruchomego (rys. 3). Blok stały służy wyłącznie dla wygody. Zmieniając kierunek działania siły, pozwala np. na podniesienie ładunku stojąc na podłożu.