Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
§ 3. Рухомий і нерухомий блоки
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. На рисунках ви бачите три способи піднімання вантажу. Який спосіб, на вашу думку, найзручніший? Чому?
1. Що спільного між нерухомим блоком і важелем?
За легендою, Архімед за допомогою кількох 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, яке може обертатися навколо своєї осі (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Будова блока
Якщо вісь блока закріплена, то такий блок називають нерухомим. На перший погляд, важіль і нерухомий блок є різними механізмами. Насправді нерухомий блок — це важіль з однаковими плечима (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Нерухомий блок подібний до важеля з однаковими плечима
d1 = OA = R; d2 = OB = R.
F1 = F2.
Отже, нерухомий блок не дає виграшу в силі, проте дозволяє змінювати напрямок дії сили (див., наприклад, рис. 3.2, 3.3).
Рис. 3.3. Нерухомі блоки в конструкції кар'єрних екскаваторів, у механізмі канатної дороги та в складі багатьох інших пристроїв дозволяють змінювати напрямок дії сил під різними кутами
• Розгляньте рисунок. Куди рухатиметься візок, якщо вільний кінець мотузки потягти вниз? Чи можемо ми стверджувати, що блок, зображений на рисунку, не дає виграшу в силі? Чому?
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Блоки часто асоціюються з будівельними кранами, і ви, мабуть, бачили, як вони з легкістю підіймають, скажімо, тонну вантажу.
А чи знаєте ви, що з-поміж кранів є справжні «чемпіони», але працюють вони не на будівництві, а завантажують і розвантажують кораблі? Такі крани можуть підіймати вантаж масою до 20 тис. тонн! Зазвичай маса п'ятиповерхівки на чотири під'їзди не перевищує 5 тис. тонн. Отже, один кран-«чемпіон» може підняти чотири такі будинки одночасно!
2. Чому рухомий блок дає виграш у силі?
Причепимо вантаж до обойми блока та закріпимо один кінець мотузки (рис. 3.4). Якщо тепер тягнути вільний кінець мотузки, то блок підніматиметься разом із вантажем. Такий блок називають рухомим.
Рис. 3.4. Рухомий блок можна розглядати як важіль із відношенням плечей 1:2
Рухомий блок можна розглядати як важіль, що обертається навколо осі, яка проходить через точку опори О (див. рис. 3.4). Із рисунка бачимо:
d1 = OB = 2R;
d2 = ОА = R.
За умовою рівноваги важеля:
Отже, використання рухомого блока дає змогу отримати виграш у силі у 2 рази.
Зверніть увагу!
1. Рухомий блок, як і важіль, використовують не лише для одержання виграшу в силі, але й для одержання виграшу у відстані (або виграшу у швидкості руху). Для цього тіло причіплюють до вільного кінця мотузки, а тягнуть за обойму (рис. 3.6).
2. Нерухомі та рухомі блоки, як правило, використовують одночасно — як систему блоків.
Як ви вважаєте, чи дозволяє зображена на рисунку система блоків змінити напрямок дії сили? Який виграш у силі одержують? Порівняйте виграш у силі з кількістю рухомих блоків у системі. Чи можна за допомогою даної системи отримати виграш у швидкості руху? Якщо так, то який і як це зробити?
3. Учимося розв’язувати задачі
Задача. На рисунку зображено систему блоків. Якими є сили натягу мотузок а і b, якщо маса вантажу 20 кг? Який виграш у силі дає ця система? На яку відстань hA опуститься точка А, якщо вантаж підніметься на 10 см? Масою блоків і силою тертя знехтуйте.
Аналіз фізичної проблеми. Система складається з двох рухомих блоків (1 і 2) та одного нерухомого блока (3). Для визначення виграшу в силі порівняємо вагу Р вантажу та силу F, прикладену до вільного кінця мотузки.
Урахуємо, що, вигравши в силі, ми в стільки ж разів програємо у відстані.
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Блок — це простий механізм, що має форму колеса із жолобом, яке може обертатися навколо своєї осі.
Нерухомий блок
Нерухомий блок подібний до важеля з однаковими плечима, він не дає виграшу в силі, проте дозволяє змінювати напрямок дії сили.
Рухомий блок
Рухомий блок подібний до важеля, в якого відношення плечей становить 1:2, він дає виграш у силі у 2 рази. Але це супроводжується програшем у відстані у 2 рази.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Опишіть нерухомий блок. 2. Чому нерухомий блок не дає виграшу в силі? 3. Для чого використовують нерухомий блок? 4. Опишіть рухомий блок. 5. Який виграш у силі дає рухомий блок? 6. Що означає вираз: «Рухомий блок дає програш у відстані у 2 рази»? 7. Як за допомогою рухомого блока отримати виграш у швидкості руху? 8. Як за допомогою блоків отримати виграш у силі більше ніж у 2 рази?
ВПРАВА № 3
У завданнях 1, 2, 4, 5 масою блоків і дією сили тертя знехтуйте.
1. Розгляньте рис. 1. Який блок зображений на рисунку? На скільки підніметься вантаж, якщо вільний кінець мотузки витягти вгору на 10 см? З якою силою F тягнуть мотузку, якщо вага вантажу 60 Н?
Рис. 1
2. Кінець мотузки тягнуть із силою 40 Н (рис. 2). Якою є маса вантажу? На скільки підніметься вантаж, якщо витягти мотузку на 24 см?
Рис. 2
3. Яку силу F треба прикласти до вільного кінця мотузки (див. рис. 2), щоб підняти вантаж масою 100 кг, якщо маса рухомого блока становить 2 кг? Вважайте, що тертя в осях відсутнє.
4. З якою швидкістю рухається вантаж (рис. 3), якщо блок піднімається зі швидкістю 0,3 м/с? Яка маса вантажу, якщо сила, прикладена до блока, дорівнює 100 Н?
Рис. 3
5. Вантаж масою m утримується за допомогою системи блоків (рис. 4). Визначте силу натягу кожної мотузки.
Рис. 4
6. У системі на рис. 5 маса вантажу 3 дорівнює 1 кг, маса кожного блока — 100 г. Система зрівноважена та нерухома. Знайдіть маси вантажів 1 і 2. Масою мотузки й тертям у блоках знехтуйте.
Рис. 5
7. У техніці досить часто використовують поліспасти — пристрої, які складаються із системи рухомих і нерухомих блоків. Дізнайтеся про поліспасти більше. Підготуйте коротке повідомлення.
Ключові терміни
Рухомий блок • Нерухомий блок • Виграш у силі • Виграш у відстані
ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ
Видатний фізик Лев Давидович Ландау (1908-1968) продемонстрував свої неабиякі здібності ще в школі. Після університету він стажувався в одного з творців квантової фізики Нільса Бора. У 24 роки Л. Д. Ландау очолив теоретичний відділ Українського фізико-технічного інституту (УФТІ) в Харкові та кафедру теоретичної фізики в Харківському політехнічному інституті, а згодом — кафедру теоретичної фізики Харківського університету. В УФТІ вчений створив відому школу теоретичної фізики.
Як і більшість видатних фізиків-теоретиків, Л. Д. Ландау вирізнявся надзвичайною широтою наукових інтересів. Ядерна фізика, фізика плазми, теорія надплинності, теорія надпровідності — в усі ці розділи фізики Ландау зробив значний внесок. У 1962 р. за роботи з фізики низьких температур Л. Д. Ландау отримав Нобелівську премію.
