Подвижный и неподвижный блок
Блок — это колесо с желобом, вращающееся вокруг оси, через которое перекинута верёвка или трос. Неподвижный блок в основном меняет направление силы, а подвижный может дать выигрыш в силе при подъёме груза.
Как работают блоки
У неподвижного блока натяжение верёвки действует на груз с той же по модулю силой, которую прикладывают, если трением пренебречь: выигрыша в силе нет. Зато тянуть свободный конец можно вниз, а груз при этом поднимается вверх. Это удобно, например, при подъёме флага.
У подвижного блока груз поддерживают две ветви одной и той же верёвки. Поэтому сила натяжения каждой ветви складывается, и идеальная сила, необходимая для подъёма груза, в два раза меньше его веса. Свободный конец верёвки при этом нужно вытянуть на расстояние в два раза больше высоты подъёма груза.
Здесь \(P=mg\) — вес груза, \(m\) — его масса, \(g\) — ускорение свободного падения, а \(F\) — сила тяги в идеальном подвижном блоке. В реальном устройстве из-за трения сила немного больше расчётной.
Груз массой \(20\,\text{кг}\) поднимают подвижным блоком. При \(g\approx10\,\text{Н/кг}\) его вес равен \(200\,\text{Н}\). В идеальном случае сила тяги \(F=200/2=100\,\text{Н}\).
Подвижный блок даёт выигрыш в силе, но не в работе: сила уменьшается вдвое, зато путь свободного конца увеличивается вдвое. Это согласуется с законом сохранения энергии и понятием механической работы и энергии. Неподвижный блок выигрыша в силе не даёт.
Какую силу нужно приложить в идеальном случае, чтобы поднять груз весом \(300\,\text{Н}\) подвижным блоком?
Главное
- Неподвижный блок меняет направление силы, но не даёт выигрыша в силе.
- Подвижный блок поддерживает груз двумя ветвями верёвки и в идеальном случае уменьшает силу тяги в два раза.
- Выигрыш в силе сопровождается проигрышем в расстоянии: свободный конец проходит путь вдвое больше высоты подъёма.