Spak og blokk i fysikk. Eksempler på systemer av spaker og blokker

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Siden antikkens tid har menneskeheten på alle måter forsøkt å lette deres fysiske arbeid. Enkle mekanismer har blitt et middel for å løse dette problemet. Denne artikkelen diskuterer slike oppfinnelser som spaken og blokken, samt systemet med spaker og blokker.

Hva er innflytelse og når ble det brukt?

Sannsynligvis har alle vært kjent med denne enkle mekanismen siden barndommen. I fysikk er en spak en kombinasjon av en bjelke (stang, brett) og en støtte. Fungerer som en spak for å løfte vekter eller for å kommunisere hastighet til kroppen. Avhengig av posisjonen til støtten under bjelken, kan spaken føre til en gevinst enten i kraft eller i bevegelse av last. Det skal sies at spaken ikke fører til en reduksjon i arbeidet som en fysisk mengde, den lar deg bare omfordele utførelsen på en praktisk måte.

Man har brukt leverage i lang tid. Så det er bevis på at det ble brukt av de gamle egypterne i konstruksjonen av pyramidene. Den første matematiske beskrivelsen av effekten av spaken dateres tilbake til det 3. århundre f. Kr. og tilhører Arkimedes. En moderne forklaring av prinsippet om drift av denne mekanismen involvererbegrepet kraftmomentet oppsto først på 1600-tallet, under dannelsen av Newtons klassiske mekanikk.

hendelregel

Hvordan fungerer spaken? Svaret på dette spørsmålet ligger i begrepet kraftens øyeblikk. Sistnevnte kalles en slik verdi, som oppnås som et resultat av å multiplisere kraftens arm med dens modul, det vil si:

M=Fd

Kraftarmen d er avstanden fra omdreiningspunktet til punktet for påføring av kraften F.

Når en spak gjør jobben sin, er det tre forskjellige krefter som virker på den:

• ekstern kraft påført, for eksempel av en person;
• vekten av lasten som en person søker å flytte med en spak;
• reaksjon av støtten som virker fra siden av støtten til spakbjelken.

Reaksjonen til støtten balanserer de to andre kreftene, slik at spaken ikke beveger seg fremover i rommet. For at den ikke også skal utføre rotasjonsbevegelse, er det nødvendig at summen av alle kraftmomenter er lik null. Kraftmomentet måles alltid i forhold til en eller annen akse. I dette tilfellet er denne aksen omdreiningspunktet. Med dette valget av akse vil skulderen av virkningen av reaksjonskraften til støtten være lik null, det vil si at denne kraften skaper et nullmoment. Figuren under viser en typisk spak av den første typen. Pilene markerer den ytre kraften F og vekten av lasten R.

Skriv ned summen av momentene for disse kreftene, vi har:

Rd_R+ (-Fd_F)=0

Likhet til null av summen av momenter sikrer fravær av rotasjon av spakearmene. Øyeblikkkraft F er tatt med et negativt fortegn fordi denne kraften har en tendens til å dreie spaken med klokken, mens kraften R har en tendens til å gjøre denne dreiningen mot klokken.

Når vi skriver om dette uttrykket i følgende former, får vi likevektsbetingelsene for spaken:

Rd_R=Fd_F;

d_R/d_F=F/R

Vi har fått de skriftlige likhetene ved å bruke konseptet kraftmomentet. I det tredje århundre f. Kr. e. Greske filosofer visste ikke om dette fysiske konseptet, likevel etablerte Arkimedes et omvendt forhold mellom forholdet mellom kreftene som virker på armene til spaken og lengden på disse armene som et resultat av eksperimentelle observasjoner.

De registrerte likhetene viser at en reduksjon i armens lengde d_R bidrar til at det oppstår muligheten for å løfte store vekter ved hjelp av en liten kraft F og en lang arm d_{F R last.}

Hva er en blokk i fysikk?

Blokk er en annen enkel mekanisme, som er en rund sylinder med et spor langs omkretsen av den sylindriske overflaten. Furen tjener til å feste tauet eller kjedet. Blokken har en rotasjonsakse. Figuren viser et eksempel på en blokk som viser hvordan den fungerer.

Denne blokken kalles fast. Den gir ikke styrke, men lar deg endre retning.

Foruten den faste blokken, er det en flytteblokk. Det flyttbare og faste blokksystemet er vist nedenfor.

Hvis regelen om øyeblikk brukes på dette systemet, så får vistyrkeøkningen er to ganger, men samtidig taper vi like mye på veien (i figuren F=60 N).

Systemet med spaker og blokker

Som nevnt i de foregående avsnittene, kan innflytelse brukes til å få bane eller makt, mens blokk lar deg få makt og endre retningen på handlingen. Disse egenskapene til de betraktede enkle mekanismene brukes i systemer med spaker og blokker. I disse systemene tar hvert element litt kraft og overfører det til andre elementer slik at vi får den opprinnelige kraften som en utgang.

Den enkle betjeningen av spaken og blokken og fleksibiliteten i deres strukturelle bruk gjør det mulig å komponere komplekse mekanismer fra en slik kombinasjon.

Eksempler på bruk av systemer med enkle mekanismer

Faktisk er alle maskiner som omgir oss systemer med spaker og blokker. Her er de mest kjente eksemplene:

• skrivemaskin;
• piano;
• kran;
• foldestillas;
• justerbare senger og bord;
• et sett med menneskelige bein, ledd og muskler.

Hvis inngangskraften i hvert av disse systemene er kjent, kan utgangskraften beregnes ved suksessivt å bruke spakregelen på hvert element i systemet.