ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 26
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 26. Рычаги. Блоки

Как простой механизм уменьшает нужную силу и что приходится увеличить взамен?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как простой механизм уменьшает нужную силу и что приходится увеличить взамен?

Наблюдаем и объясняем

Рычаг и подвижный блок

Сравни требуемую силу и путь руки для одного груза. Для рычага меняй отношение плеч.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

6 кг
3
0.2 м

g = 10 м/с². Невесомые идеальные механизмы без трения, медленный подъём. Для рычага пути пропорциональны плечам в согласованной геометрии; рисунок показывает положение равновесия.

01

Рычаг: соотношение плеч

Рычаг — твёрдое тело, способное поворачиваться вокруг опоры. При равновесии двух сил с противоположными моментами F₁l₁ = F₂l₂. Сила на длинном плече может уравновесить большую силу на коротком.

Если груз действует силой 120 Н на плече 0,2 м, а усилие приложено на плече 0,6 м, нужно F = 40 Н. Выигрыш в силе равен 3. Это идеальная модель невесомого рычага без трения; собственный вес реального рычага может создавать дополнительный момент.

Равновесие

F₁l₁ = F₂l₂

Усилие

F₁ = F₂l₂/l₁

Пример

120·0,2/0,6 = 40 Н

Выигрыш рычага в силе определяется отношением плеч.

Можно ли заменить плечи длинами частей изогнутой рукоятки?

Не всегда. Нужно измерять перпендикуляры от оси до линий действия сил.

02

Блок: неподвижный и подвижный

У идеального неподвижного блока натяжение нити одинаково с обеих сторон. Он меняет направление силы, но не даёт выигрыша в её модуле. Для медленного подъёма груза F = mg, если массой блока и трением пренебречь.

Идеальный подвижный блок с двумя вертикальными поддерживающими ветвями удерживается двумя силами натяжения. Тогда 2T = mg и F = T = mg/2. При подъёме груза на h свободный конец нити перемещается на 2h.

Блок: неподвижный и подвижный: сравнение
УстройствоУсилиеПуть свободного конца
Неподвижный блокmgh
Подвижный, две ветвиmg/22h
Идеальный механизмВыигрыш в силеПроигрыш в пути

Подвижный блок с двумя поддерживающими ветвями даёт двукратный выигрыш в силе.

Почему недостаточно посчитать число колёс в устройстве?

Выигрыш зависит от схемы закрепления и числа ветвей, поддерживающих подвижную часть, а не только от количества блоков.

Схема системы блоков

Считай ветви верёвки, поддерживающие подвижную часть. Одно число колёс ещё не определяет выигрыш в силе.

Prolineserver, Tomia (minor edits by Stanisław Skowron, scale adjusted by Atropos235) · CC BY 2.5 · Источник. Без изменений.

Плечи и силы на рычаге

Длинное плечо уменьшает требуемое усилие и увеличивает путь точки приложения этой силы.

Jimbowley · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.

03

Система: считать поддерживающие ветви

В идеальном полиспасте с одной невесомой нитью натяжение одинаково по всей её длине. Если подвижный груз поддерживают n вертикальных ветвей, F = mg/n. Длина вытянутой нити при подъёме на h равна nh.

Нужно учитывать массу подвижных блоков, если она не пренебрежимо мала. При наклонённых ветвях складываются вертикальные проекции натяжений; простая формула mg/n без поправки уже не подходит.

Схема закрепления

Определить подвижную часть

Ветви

Посчитать вертикальные поддерживающие участки

Баланс

nT = вес подвижной части

Выигрыш полиспаста зависит от схемы нити и направления поддерживающих ветвей.

Всегда ли три пары блоков дают один и тот же выигрыш?

Нет. Разные способы соединения дают разные отношения. Сначала анализируют конкретную схему, а не запоминают число по количеству колёс.

04

Обмен: сила и путь

Простой механизм не создаёт энергию. В идеальном случае F·s = mgh. Если сила уменьшена в n раз, путь приложения силы увеличен в n раз. Реальные потери требуют дополнительной работы и обычно увеличивают нужное усилие.

В интерактиве сравниваются рычаг и схема с двумя поддерживающими ветвями. Результат показывает не только силу, но и перемещение руки. Подъём считается медленным, без заметного изменения кинетической энергии.

Полезная задача

Поднять груз на h

Усилие

Найти по равновесию

Работа

Сравнить F·s с mgh

Идеальный выигрыш в силе компенсируется увеличением пути.

Почему механизм удобен, если работа не уменьшается?

Он позволяет приложить доступную силу, изменить её направление и организовать движение в удобном месте.

Соберём главное

Шесть выводов

01Выигрыш рычага в силе определяется отношением плеч.
02Подвижный блок с двумя поддерживающими ветвями даёт двукратный выигрыш в силе.
03Выигрыш полиспаста зависит от схемы нити и направления поддерживающих ветвей.
04Идеальный выигрыш в силе компенсируется увеличением пути.
05Для рычага учитывают момент собственного веса, если им нельзя пренебречь.
06Модель блоков предполагает невесомую нерастяжимую нить и отсутствие трения.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Условие равновесия идеального рычага с двумя силами…
2. Чтобы меньшей силой уравновесить большую, нужно…
3. При грузе 60 Н и отношении плеч усилия к грузу 3 сила…
4. Неподвижный идеальный блок обычно…
5. Один идеальный подвижный блок с двумя поддерживающими ветвями даёт выигрыш…
6. Для подъёма груза на 0,2 м таким блоком нужно вытянуть верёвку на…
7. При выигрыше в силе идеальный механизм даёт…
8. Натяжения участков одной идеальной невесомой верёвки через блок без трения…
9. В полиспасте выигрыш определяют по…
10. Трение и масса реального блока обычно…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 26. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 26. Рычаги. Блоки.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…