Неподвижный и подвижный блоки

Зачем блок на флагштоке

Блок — колесо с жёлобом для нити. При закреплённой оси он называется неподвижным. Можно тянуть вниз и поднимать груз вверх. В идеале выигрыш в силе отсутствует.

Груз держит одна ветвь

У лёгкой нити на блоке без трения натяжение T одинаково по обе стороны. На груз вверх действует натяжение T, вниз — сила тяжести Fт=mg. При покое или равномерном движении T=Fт. Вес P действует на подвес; его модуль при этих условиях равен Fт. В идеальной нити F=T, поэтому $F=P$. Две стороны колеса не означают две опоры самого груза.

Деталь и её назначение

Подвижный и неподвижный блоки могут выглядеть одинаково. Проверяем движение оси относительно опоры. Масса блока и трение требуют уточнения модели.

Две несущие ветви

На систему «груз+подвижный блок» вверх действуют два натяжения, вниз — силы тяжести груза Fт и блока Fтб. При отсутствии ускорения 2T=Fт+Fтб. P и Pб — результаты прямого взвешивания неподвижных тел, численно равные этим силам тяжести. Поэтому в идеале $2T=P+P_б$. Если вес блока пренебрежимо мал, $F=T=P/2$. При P=100 Н нужно 50 Н. Своя попытка:70 Н. Ответ:35 Н для подвижного,70 Н для неподвижного.

Сила и путь связаны

Нить не растягивается. При подъёме груза на h левая ветвь до закреплённого конца укорачивается на h. Правую ветвь подъём блока укорачивает на h, а подъём свободного конца на s удлиняет на s. Дуга обхвата имеет постоянную длину. Длина всей нити неизменна: −h+(s−h)=0. Поэтому s=2h; полная правая ветвь в итоге удлиняется на h. При h=0,10 м это 0,20 м. Самостоятельно h=0,25 м: ответ 0,50 м. Для неподвижного блока s=h.

Морская снасть

Настоящая снасть может включать несколько блоков, наклонные ветви и трение. Фото служит примером применения. Чтобы найти выигрыш, нужна схема закрепления и направления нитей.

Не число колёс

Даже добавление неподвижного блока может лишь изменить направление тяги. Не стоит автоматически считать выигрыш равным числу колёс. В этом уроке рассчитываем только одну несущую ветвь или две вертикальные.

Реальный вес блока

При P=80 Н и Pб=8 Н получаем F=(80+8)/2=44 Н. Выигрыш для груза 80/44≈1,82. Трение дополнительно меняет силы. В следующей лабораторной проверим, как измерения отличаются от идеальной модели.

Проверь себя

Запиши решение до открытия ключей. Идеальные блоки и лёгкая нерастяжимая нить, вертикальные ветви. Груз покоится или поднимается равномерно. Весом блока пренебрегаем, кроме задачи В.

А. Груз весом 80 Н поднимают равномерно через один неподвижный блок на 0,30 м. Найди усилие F и путь s свободного конца нити.

Б. Тот же груз 80 Н поднимают одним подвижным блоком на 0,30 м. Найди F и s. Обе ветви вертикальны.

В. Вес груза 60 Н, вес подвижного блока 10 Н. Трение отсутствует, две ветви вертикальны. Найди F и выигрыш P/F именно для груза.

Новая попытка после ошибки. После исправления закрой ответы и реши: Подвижный блок без веса поднимает груз 120 Н на 0,20 м. Найди F и s.

Показать ответ после выполнения

Домашняя работа

Груз 100 Н поднимают на 0,25 м. Сравни F и s для одного неподвижного и одного невесомого подвижного блока.

Главное

У неподвижного блока ось закреплена: F=P, s=h. У идеального невесомого подвижного блока с двумя вертикальными ветвями F=P/2, s=2h. При весе блока 2F=P+Pб.