Додаток закону рівноваги важеля до блоку: золоте правило механіки
Чи знаєте ви, що таке блок? Це така кругла штуковина з гаком, за допомогою якої на будівництвах піднімають вантажі на висоту. Схоже на важіль? Навряд чи. Однак, блок теж є простим механізмом. Більше того, можна говорити про застосовність закону рівноваги важеля до блоку. Як це можливо? Давайте розберемося.
Додаток закону рівноваги
Блок являє собою пристрій, який складається з колеса з жолобом, по якому пропускають, трос, мотузку або ланцюг, а також прикріпленою до осі колеса обойми з гаком. Блок може бути нерухомим і рухомим. У нерухомого блоку вісь закріплена, і вона не рухається при підйомі або опусканні вантажу. Нерухомий блок допомагає змінити напрямок дії сили. Перекинувши через такий блок, підвішений вгорі, мотузку, ми можемо, піднімати вантаж вгору, самі при цьому перебуваючи внизу. Однак виграшу в силі застосування нерухомого блоку нам не дає. Ми можемо уявити блок у вигляді важеля, що обертається навколо нерухомої опори – осі блоку. Тоді радіус блоку дорівнюватиме плечах, прикладених з двох сторін сил, – сили тяги нашої мотузки з вантажем з одного боку і сили тяжіння вантажу з іншого. Плечі будуть рівні, відповідно, виграшу в силі немає.
Інакше йде справа з рухомим блоком. Рухомий блок переміщається разом з вантажем, він як би лежить на мотузці. У такому випадку точка опори в кожен момент часу буде перебувати в місці зіткнення блоку з мотузкою з одного боку, вплив вантажу буде докладено до центру блоку, де він і кріпиться на осі, а сила тяги буде прикладена в місці зіткнення з мотузкою з іншого боку блоку. Тобто плечем ваги тіла буде радіус блоку, а плечем сили нашої тяги – діаметр. Діаметр, як відомо, в два рази більше радіуса, відповідно, плечі розрізняються за довжиною у два рази, і виграш в силі, одержаний за допомогою рухомого блоку, дорівнює двом. На практиці застосовують комбінацію нерухомого блоку з рухомим. Закріплений вгорі нерухомий блок не дає виграшу в силі, проте допомагає піднімати вантаж, стоячи внизу. А рухомий блок, переміщаючись разом з вантажем, збільшує прикладається силу вдвічі, допомагаючи піднімати великі вантажі на висоту.
Золоте правило механіки
Виникає питання: а чи дають застосовувані пристрої виграш в роботі? Робота є твір пройденого шляху на прикладену силу. Розглянемо важіль з плечима, различающимися в два рази за довжиною плеча. Цей важіль дасть нам виграш у силі в два рази, однак, у два рази більшу плече при цьому пройде в два рази більший шлях. Тобто, незважаючи на виграш в силі, досконала робота буде однакова. В цьому і полягає рівність робіт при використанні простих механізмів: під скільки разів ми маємо виграш у силі, в стільки разів, ми програємо у відстані. Це правило називається золотим правилом механіки, і воно застосовується абсолютно до всіх простим механізмам. Тому прості механізми полегшують працю людини, але не зменшують чинену їм роботу. Вони просто допомагають переводити одні види зусиль в інші, більш зручні в конкретній ситуації.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)