| Мы уже упоминали о разновидностях рычага – вороте и блоке. Познакомимся с устройством блока.
|
| Блок – это устройство, в форме колеса с желобом, по которому пропускают веревку или трос. Существуют два вида блоков – подвижный и неподвижный.
Неподвижный блок – это блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не опускается.
Подвижный блок – это блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом.
Вначале рассмотрим принцип действия неподвижного блока.
|
| Подвесим с одной стороны блока груз массой около 300 граммов, на него действует сила — вес тела 3 ньютона. С противоположной стороны динамометр покажет такую же силу, если блок находится в равновесии.
Очевидно, что выигрыша в силе неподвижный блок не дает, но он изменяет направление действия силы.
В данном случае блок действует как равноплечий рычаг.
|
Рассмотрим подвижный блок. При его использовании видно, что сила, которая уравновешивает груз весом 4 ньютона, в два раза меньше и равна 2 ньютона. То есть при использовании подвижного блока, мы выигрываем в силе в два раза.
Схематично на рисунке изобразим силы, действующие на блок и их плечи.
Точка о – точка опоры рычага.
(ОХ1) – плечо силы (Р) «пэ».
(ОХ2) – плечо силы (F ) «эф».
При этом расстояние (ОХ1) это и есть радиус данной окружности.
Расстояние (ОХ2) – есть диаметр этой же окружности.
То есть плечо ОХ2 в два раза больше плеча ОХ1.
Из условия равновесия рычага следует, что сила (F) « эф» в два раза меньше силы (Р) «пэ».
ОХ1=r
ОХ2=d=2r
|
| Сочетая подвижный и неподвижный блоки можно поднимать груз на высоту, стоя на земле.
Еще больший выигрыш в силе можно получить, если использовать полиспаст – комбинация нескольких подвижных и неподвижных блоков.
Такие системы используют, например, если необходимо вытянуть увязший внедорожник или во время спасательных работ в горах.
|
| Мы рассматривали случаи применения простых механизмов при совершении работы, когда необходимо было меньшей силой уравновесить другую, большую силу.
|
| Ответьте на вопрос — с какой силой нужно тянуть свободный конец каната вверх, чтобы поднять груз весом 50 ньютонов.
Используя подвижный блок, получаем выигрыш в силе в два раза, значит, поднимать груз необходимо с силой не менее 25 ньютонов.
|
А как вы думаете, получаем ли мы при этом выигрыш в работе?
Для ответа на этот вопрос проведем опыт.
Силы «эф» один и «эф» два на рычаге находятся в равновесии. Если рычаг придет в движение, то можно заметить, что точка приложения большей силы «эф» один опишет меньшую траекторию, а это значит, что пройденный путь также будет меньше.
Если измерить модули приложенных сил и пути, то можно установить следующую закономерность: пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам.
|
| То есть, если мы прикладываем силу к большему плечу, то выигрываем в силе, однако во столько же проигрываем в пути.
|
Пользуясь свойством пропорции, преобразуем последнее равенство.
Произведение силы на пройденный путь — есть работа. Запишем это в буквенном виде.
 ,
 .
Мы пришли к выводу, что при использовании рычага выигрыша в силе не получают.
|
Проведем аналогичный опыт с блоком.
Подвесим груз, на него действует сила — вес тела «пэ». Поднимем его за свободный конец веревки на высоту «аш». При этом конец веревки поднимется на высоту два «аш».
Подвижный блок позволяет получить выигрыш в силе в два раза, следовательно, сила, которую достаточно приложить для подъема данного груза, равна половине его веса. 
Найдем работу, которую необходимо совершить для подъема груза на высоту, с использованием подвижного блока и без него и сравним их.
Произведение веса тела на высоту «аш» — есть работа по подъему груза без использования простого механизма. Обозначим ее «а» один. 
Обозначим работу с использованием блока «а» два. Она равна произведению силы «эф» на высоту «два» аш. Учтем в формуле, что сила равна половине веса тела. 
Левые части равенств одинаковы, следовательно, выигрыша в работе мы не получили.
Не дает выигрыша в работе как подвижный, так и неподвижный блок. 
|
| Используя простые механизмы, легко убедится, что выигрыша в работе мы не получаем.
|
| Уже в древние времена было установлено, что какой бы механизм не применяли, во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Это правило получило название «золотого правила» механики.
|
2018-03-08
557
