2020-05-12
105
Схемы экспериментов (навесок) были следующими:
Навеска 1. «Через блок» («Схема 1:1»). Веревка, идущая от груза М пере-
Брасывается вверху через блок (карабин) и затем идет вниз, к месту крепления контрольного груза F. Общая длина веревки от точки крепления груза М до точки крепления F составляет 7 метров (укажем это значение, не углубляясь (пока!) в учет влияния растяжения веревки на величину F; но сразу отметим, что влияние это существует, и при больших длинах веревок может в значительной мере увеличить значение подъемного веса, отбирая усилие на растяжение веревки).
Важно: в прошлом году (и в этом – повторно) был оценен вариант навески, где в месте огибания веревкой использовался не один, но одновременно два карабина.Отправка: расхожее, но
НЕДОСТАТОЧНО ОБОСНОВАННОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИ мнение, что «Если в наличии только
карабины – то их можно встегивать в каждую точку парами. Пара должна состоять из
одинаковых 
карабинов. За счет большего радиуса огибания веревки трение вокруг пары
карабинов меньше чем вокруг одного». В «ВЫВОДАХ...» мы еще повторим, что на
самом деле при использовании двух карабинов радиус огибания не увеличивается
(см. рисунок), зато площадь трения вырастет значительно. Следовательно, включение
в схему второго карабина не уменьшит, но наоборот, увеличит значение F –
приблизительно в 1.3 раза. И вы сами можете проверить это практически (как сделали мы).
Навеска 2. «Классическая» («Схема 2:1»). Полиспаст,
включающий в себя два блока (карабина) – подвижный и
неподвижный («классический» рисунок из школьного учеб-
ника физики). Является одной из наиболее часто применяе-
мых (в силу простоты и легкости перестроения в сложный
полиспаст 2х2 (см. ниже)) схем подъема груза. Может быть
выполнен как грузовой веревкой, так и отдельной (см. на ри-
сунках); в наших опытах использовался первый вариант (бо-
лее крупный рисунок)). Совокупная длина задействованной
веревки – 10 м.
Эксперимент выполнялся в следующих вариантах: два карабина (2-к), два блока (2-б), карабин и блок, при этом блок расположен ближе к противовесу F (2-бк), карабин и блок, при этом блок расположен ближе к грузу M (2-кб).
Навеска 3. Трехблочковый полиспаст («Схема 3:1»). Отдельные узлы навески (блоки, либо карабины) крепились к грузу М с разносом в 15 см, чтобы избежать
Дополнительного трения веревок друг о друга; крепление узлов
навески к потолку производилось аналогично. Совокупная длина
задействованной веревки 14 м.
Эксперимент выполнялся в следующих вариантах: три карабина
(3-к), три блока (3-б), карабин и два блока, при этом карабин расположен
ближе к грузу M (3-ббк), карабин и два блока, при этом карабин располо-
жен ближе к противовесу F (3-кбб).
Навеска 4. Четырехблочковый полиспаст («Схема 4:1»).
Как и в предыдущем эксперименте, узлы навески закреплялись на грузе и потолке с разносом, направленным на предупреждение излишнего трения. В прошлом
году четырехблочковый полиспаст не анализировался как не имеющий
практического значения – использование простого четырехблочкового
полиспаста связано со сложностями навески, большой длиной задейство-
ванной веревки и практически неустранимым дополнительным трением,
возникающим между его отдельными ветвями. В это году опыт прово-
дился для получения большего количества данных к анализу, а также для
сравнения эффективности применения двух полиспастов с теоретическим
выигрышем в четыре раза – простым и сложным. Совокупная длина
задействованной веревки 17 м.
Навеска 5. Сложный полиспаст «2х2».
«Сложный полиспаст – это система, в которой один простой полиспаст тянет за другой простой полиспаст». В данном случае один двойной тянет второй двойной. Как упоминалось выше, при этом «...для расчета теоретического выигрыша в усилии при использовании сложного полиспаста необходимо умножить значения простых полиспастов, из которых он состоит....Расчет усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного производиться по правилу простых полиспастов...».
...Плюсы сложных полиспастов:
* При равном количестве роликов и схватывающих узлов (зажимов) позволяют создать полиспасты больших усилий. Например: 3 ролика требуется для сложного полиспаста 6:1 и простого 4:1. 4 ролика для сложного полиспаста 9:1 и простого 5:1.
* Требуют меньше веревки по сравнению с аналогичными простыми полиспастами.
* По сравнению с близкими по значению простыми сложные полиспасты дают больший фактический выигрыш в усилии, так как задействовано меньше роликов.
Например: в сложном полиспасте 4:1 работает 2 ролика, а в
простом 4:1 – 3 ролика.
Соответственно в сложном полиспасте потери на трение будут
меньше, а фактический выигрыш будет больше.
Минусы сложных полиспастов:
* Сложнее в организации.
* Некоторые конструкции сложных полиспастов требуют больше
перестановок, так как для того чтобы снова растянуть полиспаст
на всю рабочую длину, надо передвигать 2 схватывающих узла (зажима).
* При одинаковой рабочей длине, рабочий ход у сложных полиспастов
меньше чем у простых, так как они не складываются полностью при
каждом рабочем ходе (к станции подтягивается ролик, ближайший
к тянущим, а 1й грузовой ролик останавливается, не доходя до
станции). Это существенно снижает эффективность работы, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая полка на скале и т.п.) Это также может осложнить работу на последних этапах подъема, когда надо поднимать груз на рабочую площадку.
* В целом существенно проигрывают простым полиспастам в скорости подъема...».
Навеска 6. «Пецелевская» схема
(Схема «встроенной двойки», «Составной» полиспаст 5:1).
Взята из соответствующего каталога, отсюда и наше
рабочее название. Два других названия - из Ф. Фарберова
(«Мне не удалось найти его точного названия. Название
«составной» придумано мной»).
Представляет собой простой полиспаст 2:1, «встроеный»
в систему простого полиспаста 3:1. Достаточно прост в навеске
(хотя и необходим навык и наработка в организации), не смотря
на использование дополнительного уса (в нашем случае
его длина составила 4 м; длина основной веревки – 13 м).
Согласно теоретическому кинематическому расчету система может дать теоретический «идеальный» выигрыш до пяти раз.
Использованная нами схема несколько отличалась от приведенной в каталоге (см. дополнительный рисунок), что связано с адаптацией навески под условия зала.
В сравнении со сложным полиспастом 6:1 (3:1х2:1) «не смотря на небольшой проигрыш в теоретическом выигрыше» данная навеска имеет ряд преимуществ:
«* Это еще более экономичный способ, так как кроме веревки дополнительно требуется только один ролик (карабин).
* В работе этот способ требует перестановки только одного схватывающего (зажима) и потому более эффективен в работе».
Сводная таблица экспериментов
СЕРИЯ 1
Контрольный груз массой М=25 кг.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5-1 | 5-2 | 6 | 7 | 8 | |
| № | Схема | F, кг | Fк / Fб | Фактически | Теоретич. выигрыш в силе, раз | Отношение 6/(5-1) («соответствие») | Примечания | ||
| Выигрыш в силе, раз | Проигрыш в силе, раз | ||||||||
| ПРОСТЫЕ ПОЛИСПАСТЫ | |||||||||
| 1. | 1-к | 50.00 | 1.43 | 0.50 | 2.00 | 1 | 2.00 | ||
| 2. | 1-б | 35.00 | 0.71 | 1.40 | 1.40 | ||||
| 3. | 2-к | 37.50 | 1.79 | 0.67 | 1.50 | 2 | 3.00 | ||
| 4. | 2-б | 21.00 | 1.19 |
| 1.68 | ||||
| 5. 6. | 2-бк 2-кб | 25.00 32.50 | Дополнительный эксперимент; описание – в тексте | ||||||
| 7. | 3-к | 25.00 | 1.67 | 1.00 | 1.00 | 3 | 3.00 | ||
| 8. | 3-б | 15.00 | 1.67 |
| 1.8 | ||||
| 9. 10. | 3-ббк 3-кбб | 17.50 21.00 | Дополнительный эксперимент; описание – в тексте | ||||||
| 11. | 4-к | 22.50 | 1.80 | 1.11 |
| 4 | 3.60 | ||
| 12. | 4-б | 12.50 | 2.00 |
| 2.00 | ||||
| СЛОЖНЫЕ И СОСТАВНЫЕ ПОЛИСПАСТЫ | |||||||||
| 13. | 2х2 к | 21.50 | 1.79 | 1.16 |
| 4 | 3.45 | ||
| 14. | 2х2 б | 12.00 | 2.08 |
| 1.92 | ||||
| 15. | П.-к | 22.00 | 1.83 | 1.14 |
| 5 | 4.39 | ||
| 16. | П.-б | 12.00 | 2.08 |
| 2.40 | ||||
СЕРИЯ 2
Контрольный груз массой М=65 кг.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5-1 | 5-2 | 6 | 7 | 8 | |
| № | Схема | F, кг | Fк / Fб | Фактически | Теоретич. выигрыш в силе, раз | Отношение 6/(5-1) («соответствие») | Примечания | ||
| Выигрыш в силе, раз | Проигрыш в силе, раз | ||||||||
| ПРОСТЫЕ ПОЛИСПАСТЫ | |||||||||
| 1. | 1-к | Не проводился ввиду отсутствия достаточного количества противовесов | |||||||
| 2. | 1-б | ||||||||
| 3. | 2-к | 83.50 | 1.67 | 0.78 | 1.28 | 2 | 2.57 | ||
| 4. | 2-б | 50.00 | 1.3 |
| 1.54 | ||||
| 5. 6. | 2-бк | 54.00 72.00 | Дополнительный эксперимент; описание – в тексте | ||||||
| 7. | 3-к | 61.50 | 1.81 | 1.06 | 3 | 2.83 | |||
| 8. | 3-б | 34.00 | 1.91 | 1.57 | |||||
| 9. 10. | 3-ббк 3-кбб | Не проводился | |||||||
| 11. | 4-к | 55.00 | 1.75 | 1.18 | 4 | 3.39 | |||
| 12. | 4-б | 31.50 | 2.06 | 1.94 | |||||
| СЛОЖНЫЕ И СОСТАВНЫЕ ПОЛИСПАСТЫ | |||||||||
| 13. | 2х2 к | 54.00 | 1.93 | 1.20 | 4 | 3.33 | |||
| 14. | 2х2 б | 28.00 | 2.32 | 1.72 | |||||
| 15. | П-к | 46.00 | 1.77 | 1.41 | 5 | 3.55 | |||
| 16. | П-б | 26.00 | 2.50 | 2.00 | |||||
