Фізика. 7 клас. Головко

§ 44. Блоки. Похила площина

• Нерухомий блок
• Рухомий блок
• Похила площина

Нерухомий блок. Знання умов рівноваги важеля необхідні для розуміння дії таких простих механізмів, як нерухомий і рухомий блоки.

Нерухомий блок являє собою колесо з жолобом по колу, яке обертається навколо своєї осі. Жолоб призначений для каната, ланцюга, ременя і т. п. Вісь блока міститься в обоймі, нерухомо прикріпленій на балці або стіні, тому такий блок і дістав назву нерухомого (рис. 4.28).

Рис. 4.28. Нерухомий блок

Рис. 4.29. Рухомий блок

З рисунка видно, що нерухомий блок можна розглядати як важіль з рівними плечима, кожне з яких дорівнює радіусу. Тому такий блок не дає виграшу в силі й може використовуватися для підйому невеликих вантажів або для зміни напрямку сили.

Рухомий блок. Рухомим називають блок, що піднімається й опускається разом з вантажем, оскільки вантаж кріпиться до обойми, в якій міститься вісь блоку.

Рухомий блок можна розглядати як важіль, що обертається навколо точки дотику мотузки й колеса. З рисунка 4.29. видно, що плече сили F₂, яка прикладена до осі блока вдвічі менше за плече сили F₁, з якою тягнуть за мотузку. Таким чином, рухомий блок дає виграш у силі у два рази. Тобто щоби підняти вантаж вагою Р, необхідно прикласти силу, вдвоє меншу за його вагу:

Разом з тим, слід розуміти й той факт, що, використовуючи рухомий блок, ми програємо в переміщенні теж у два рази: адже для підняття вантажу на висоту h нам доведеться вибирати трос довжиною 2h (рис. 4.30). Крім того, рухомий блок змінює напрямок сили, яку ми прикладаємо до вільного кінця мотузки, на протилежний.

Рис. 4.30. Для підняття вантажу на висоту h нам доведеться вибирати трос довжиною 2h

Зазвичай на практиці використовують комбінацію рухомого і нерухомого блоків (рис. 4.31). Таку систему називають поліспаст. Поліспаст дає можливість одержати виграш у силі й зробити напрямок прикладання сили зручним для людини (рис. 4.32).

Рис. 4.31. Зазвичай на практиці використовують комбінацію рухомого і нерухомого блоків

Рис. 4.32. Поліспаст дає можливість одержати виграш у силі й зробити напрямок прикладання сили зручним для людини

Системи блоків дають можливість збільшити виграш у силі. Наприклад, система, що складається з десяти блоків: 5 нерухомих і 5 рухомих, - дає виграш у силі в десять разів.

Похила площина. Похилою площиною називають плоску поверхню, розташовану під деяким кутом до горизонтальної. Похила площина використовується для переміщення важких предметів на більш високий рівень, не піднімаючи їх безпосередньо. Такими пристроями є пандуси, ескалатори, звичайні східці, конвеєри тощо. Зазвичай щоб, підняти вантаж, значно легше скористатися більш пологим схилом, аніж крутим. Цю властивість похилої площини використовують під час будівництва доріг у горах, тому їх роблять серпантиноподібними, оскільки чим менш крутою є дорога, тим легше підніматися по ній.

Під час використання похилої площини виграють у силі в стільки разів, у скільки разів довжина похилої площини більше її висоти (рис 4.33).

Завдяки тому, що похила площина дозволяє одержати виграш у силі, причому досить значний, якщо її довжина набагато більше висоти, похилу площину використовували ще в давнину для підняття вантажів, наприклад, при будівництві єгипетських пірамід. Класичні обчислення дії похилої площини та інших простих механізмів належать видатному античному вченому Архімеду із Сіракуз.

Різновидами похилої площини є клин та гвинт. Клин складається з двох похилих площин, які дотикаються своїми основами. Його застосовують для одержання виграшу в силі й можливості протидіяти більшій силі, докладаючи меншу силу. Прикладом клина є сокира, яку використовують для того, щоб рубати дрова. Гвинт являє собою похилу площину, що намотана на вісь.

Головне у цьому параграфі

Нерухомий блок являє собою колесо з жолобом по колу, яке обертається навколо своєї осі.

Нерухомий блок не дає виграшу в силі й може використовуватися для підйому невеликих вантажів або для зміни напрямку сили.

Рухомим називають блок, що піднімається й опускається разом з вантажем, оскільки вантаж кріпиться до обойми, в якій міститься вісь блока.

Рухомий блок дає виграш у силі у два рази.

Поліспаст - система, що являє собою комбінацію рухомого і нерухомого блоків. Поліспаст дає можливість одержати виграш у силі й зробити напрямок прикладання сили зручним для людини.

Під час використання похилої площини виграють у силі в стільки разів, у скільки разів довжина похилої площини більше її висоти.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що називають блоком?
• 2. Які види блоків ви знаєте? Чим вони відрізняються?
• 3. З якою метою використовують нерухомий блок?
• 4. Поясніть, чому рухомий блок дає виграш у силі в два рази, а нерухомий не дає виграшу в силі?
• 5. З якою метою використовують похилу площину?
• 6. Який виграш у силі дає похила площина?
• 7. Під час вимірювання сил, що діють на мотузку, яка перекинута через нерухомий блок, виявилося, що сила, яка утримує вантаж, дещо менша за силу тяжіння, яка діє на вантаж, а під час рівномірного піднімання - більша за неї. Чому так відбувається?

Вправа 26

• 1(с). Через нерухомий блок перекинута мотузка. Один її кінець прикріплено до пояса робітника, а другий він тягне донизу з деякою силою. Визначити цю силу, якщо вага робітника 700 Н? Тертям у блоці та вагою мотузки знехтувати.
• 2(с). Гак будівельних підйомних кранів, до якого кріплять вантажі, закріплюють не на кінці троса, а на обоймах рухомого блока. Чому?

• 3(с). Визначити силу, з якою необхідно тягнути вільний кінець мотузки, щоби підняти вантаж масою 100 кг за допомогою рухомого блока.
• 4(д). За допомогою рухомого блока вантаж було піднято на висоту 1,5 м. Визначити висоту, на яку було піднято вільний кінець троса. Вважати g = 10 Н/кг.

• 5(д). Вантаж масою 10 кг піднімають за допомогою рухомого блока. Визначити силу, яку необхідно прикласти до вільного кінця троса, якщо маса блока становить 300 г. Вважати g = 10 Н/кг.
• 6(в). Визначити силу, яку необхідно прикласти до невагомого блока, щоб рівномірно підняти тіло масою 2 кг. Вважати g = 10 Н/кг.

• 7(в). Визначити максимальну масу балки, яку можна піднімати за допомогою зображеної системи, якщо мотузка К витримує 50 Н, а мотузки L і М - по 120 Н? Блоки і мотузки невагомі, g = 10 Н/кг.