Номер 35, страница 85, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава V. Работа, мощность, энергия. Параграф 24. Блоки. Наклонная плоскость - номер 35, страница 85.

Условие.

35. Придумайте, как с помощью имеющихся дома предметов изготовить подвижный и неподвижный блоки. Хорошо, если у вас сохранились детали детского конструктора или старые катушки ниток. С помощью сделанных блоков поставьте опыты, описанные в этом параграфе, и проиллюстрируйте их фотографиями или видеосъёмкой.

Решение.

Изготовление подвижного и неподвижного блоков

Для создания самодельных блоков можно воспользоваться простыми предметами, которые найдутся в каждом доме. В качестве колеса блока идеально подойдет пустая катушка из-под ниток, колесико от старой игрушки или даже моток изоленты. В качестве оси можно использовать карандаш, вязальную спицу или длинный гвоздь, который свободно проходит через отверстие катушки. Роль троса выполнит любая прочная нить, бечевка или шнурок. Грузом может служить любой предмет, который удобно подвесить, например, связка ключей или небольшая бутылка с водой. Для крепления понадобится опора — дверная ручка, крюк в стене или спинка стула.

Сборка неподвижного блока:

1. Проденьте ось (например, карандаш) через отверстие колеса (катушки).

2. Закрепите концы оси на опоре так, чтобы ось была неподвижна, а катушка могла свободно вращаться. Например, можно положить карандаш на спинки двух стульев или примотать его скотчем к неподвижному предмету.

3. Перекиньте трос через желобок катушки. К одному концу троса прикрепите груз.

Неподвижный блок готов. Его ось зафиксирована в пространстве.

Сборка подвижного блока:

1. Возьмите вторую катушку на оси и прикрепите груз непосредственно к оси (или к петле, удерживающей ось).

2. Один конец троса закрепите на неподвижной опоре (например, на потолке или крюке).

3. Обогните тросом катушку снизу. Свободный конец троса будет направлен вверх. При подъеме за этот конец, блок будет перемещаться вверх вместе с грузом.

Ответ: Неподвижный блок можно изготовить, закрепив ось с вращающейся на ней катушкой от ниток на неподвижной опоре. Подвижный блок изготавливается путем прикрепления груза к оси катушки; при этом сам блок перемещается в пространстве вместе с грузом, когда тянут за трос, один конец которого закреплен на опоре.

Постановка опытов с блоками

С помощью изготовленных блоков можно провести наглядные опыты, демонстрирующие их свойства.

Опыт с неподвижным блоком:

Подвесьте груз к одному концу троса, перекинутого через неподвижный блок. Потяните за свободный конец вниз. Груз начнет подниматься вверх. Этот опыт показывает, что неподвижный блок позволяет изменить направление приложения силы, делая подъем груза более удобным. Если измерить силу, необходимую для подъема, она будет равна весу груза $\text{P}$ (без учета трения): $F = P$. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Чтобы поднять груз на высоту $\text{h}$, нужно вытянуть трос на такую же длину $L=h$.

Опыт с подвижным блоком:

Соберите установку с подвижным блоком и начните тянуть за свободный конец троса вверх. Вы заметите, что для подъема того же груза требуется приложить значительно меньшее усилие. Подвижный блок дает выигрыш в силе примерно в два раза. Сила $\text{F}$, необходимая для подъема груза весом $\text{P}$, будет приблизительно равна половине его веса (без учета веса блока и трения): $F \approx \frac{P}{2}$. Однако этот выигрыш достигается за счет проигрыша в расстоянии: чтобы поднять груз на высоту $\text{h}$, трос придется вытянуть на вдвое большую длину $L=2h$. Это демонстрирует "золотое правило" механики.

Опыт с комбинацией блоков (полиспаст):

Можно собрать систему из одного неподвижного и одного подвижного блока. Закрепите неподвижный блок на опоре. Конец троса закрепите на той же опоре, пропустите трос под подвижным блоком (к которому прикреплен груз), а затем перекиньте через неподвижный. Теперь, потянув за свободный конец вниз, вы поднимете груз. Такая система дает и выигрыш в силе в 2 раза, и удобное направление приложения силы.

Результаты экспериментов рекомендуется зафиксировать на фото или видео, чтобы наглядно продемонстрировать работу блоков.

Ответ: Проведенные опыты демонстрируют, что неподвижный блок только изменяет направление силы ($F=P$), а подвижный блок дает выигрыш в силе примерно в 2 раза ($F \approx P/2$), но приводит к проигрышу в расстоянии в 2 раза. Комбинация блоков позволяет одновременно получить выигрыш в силе и изменить направление ее приложения.