Блок. «Золотое правило» механики

Блок. Подвижный и неподвижный блок

Чтобы поднять груз на высоту, используют блок — колесо с жёлобом, по которому проходит верёвка.

Что такое блок

Блок — это простой механизм, представляющий собой колесо с жёлобом, которое вращается на оси. Через жёлоб пропускают верёвку (трос).

Неподвижный блок

Неподвижный блок — это блок, ось которого закреплена и не перемещается при подъёме груза.

Свойство: неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, но позволяет менять направление силы.

Тянуть верёвку вниз удобнее, чем тянуть вверх. Но усилие то же.

Силы на обоих концах верёвки равны: $F_1 = F_2$ (если трением пренебречь).

Подвижный блок

Подвижный блок — это блок, ось которого перемещается вместе с грузом.

Свойство: подвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза.

Груз висит на двух частях верёвки, поэтому сила распределяется пополам: $F = \frac{F_{\text{тяж}}}{2} = \frac{mg}{2}$

Но при этом проигрываем в расстоянии в 2 раза: чтобы поднять груз на $1\,\text{м}$, нужно вытянуть $2\,\text{м}$ верёвки.

«Золотое правило» механики

Ни один блок не даёт выигрыша в работе:

$A_1 = A_2 \quad \text{(без учёта трения)}$

Подвижный блок выигрывает в силе, но проигрывает в расстоянии — работа одинакова.

Сочетание блоков

На практике используют систему блоков (полиспаст):

• несколько подвижных и неподвижных блоков
• даёт большой выигрыш в силе

Применяется в подъёмных кранах, на парусных судах.

Применение блоков

• подъёмные краны — поднимают тяжёлые грузы
• лифты — противовес и трос через блок
• парусные суда — поднимают паруса
• альпинизм — спасательные системы
• колодцы — «журавль» с противовесом

Пример решения задачи

Задача. Груз массой $40\,\text{кг}$ поднимают с помощью подвижного блока. Какую силу нужно приложить к свободному концу верёвки?

Дано:

• $m = 40\,\text{кг}$
• $g \approx 10\,\text{Н/кг}$

Решение: Подвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза: $F = \frac{mg}{2} = \frac{40 \cdot 10}{2} = 200\,\text{Н}$

Ответ: $F = 200\,\text{Н}$.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое блок? Какие виды блоков вы знаете?
2. Дают ли неподвижные блоки выигрыш в силе?
3. Какой выигрыш в силе даёт подвижный блок?
4. Сформулируйте «золотое правило» механики для блоков.
5. Где применяются системы блоков?