Темы докладов, страница 125 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Работа, мощность, энергия. Параграф 34. Блок - страница 125.

Условие.

Решение.

Что такое система блоков и для чего она нужна?

Система блоков, также известная как полиспаст, — это простой механизм, состоящий из одного или нескольких колёс с желобком (блоков) и огибающего их троса, каната или верёвки. Основное назначение такой системы — получение выигрыша в силе. Это означает, что для подъёма или перемещения тяжёлого груза требуется приложить усилие, которое значительно меньше веса самого груза. Выигрыш в силе достигается за счёт распределения веса груза на несколько участков (ветвей) троса.

Ответ: Система блоков — это механизм из колёс (блоков) и троса, который используется для подъёма тяжёлых грузов с меньшим усилием за счёт получения выигрыша в силе.

Типы блоков и их принцип действия

В системах используются два основных типа блоков:
1. Неподвижный блок. Его ось жёстко закреплена, и при работе он не перемещается в пространстве. Такой блок не даёт выигрыша в силе, то есть прикладываемая сила $\text{F}$ в идеальных условиях равна весу груза $\text{P}$ ($F = P$). Его главная функция — изменять направление приложения силы. Например, это позволяет тянуть верёвку вниз, чтобы поднять груз вверх, что часто удобнее и позволяет использовать вес собственного тела.
2. Подвижный блок. Его ось не закреплена и перемещается вместе с грузом. Идеальный подвижный блок (без учёта его веса и трения) даёт двукратный выигрыш в силе. Вес груза $\text{P}$ распределяется на два участка троса, поэтому для его подъёма требуется приложить силу, равную половине его веса: $F = P / 2$. Однако, согласно "золотому правилу механики", выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии: чтобы поднять груз на высоту $\text{h}$, необходимо вытянуть трос на вдвое большую длину $s = 2h$.

Ответ: Существуют неподвижные блоки, которые меняют направление силы, и подвижные блоки, которые уменьшают требуемую для подъёма груза силу в два раза, но требуют вытягивать трос на вдвое большее расстояние.

Полиспаст — система для большого выигрыша в силе

Полиспаст — это комбинация нескольких подвижных и неподвижных блоков, которая позволяет многократно увеличить выигрыш в силе. Теоретический выигрыш в силе в идеальном полиспасте (где трение и вес блоков пренебрежимо малы) равен количеству ветвей троса $\text{n}$, на которых непосредственно висит подвижная система с грузом. Сила $\text{F}$, необходимая для равномерного подъёма груза весом $\text{P}$, определяется формулой:

$F = \frac{P}{n}$

Проигрыш в расстоянии при этом также будет $\text{n}$-кратным. Чтобы поднять груз на высоту $\text{h}$, свободный конец троса нужно протянуть на расстояние $\text{s}$:

$s = n \cdot h$

Ответ: Полиспаст — это комбинация блоков, дающая выигрыш в силе, который в идеале равен числу ветвей троса, удерживающих груз. Сила для подъёма груза определяется как $F = P / n$.

Реальные системы и Коэффициент Полезного Действия (КПД)

В реальных механизмах всегда существуют потери энергии, в основном на преодоление силы трения в осях блоков, а также на подъём самих блоков и троса, если их вес значителен. Из-за этих потерь реальный выигрыш в силе всегда меньше теоретического. Для оценки эффективности системы используется Коэффициент Полезного Действия (КПД), обозначаемый греческой буквой $\eta$ (эта). Он представляет собой отношение полезной работы (работа по подъёму груза $A_{полезн} = P \cdot h$) к полной затраченной работе (работа, совершаемая приложенной силой $A_{затр} = F \cdot s$). Формула для расчёта силы $\text{F}$ с учётом КПД выглядит так:

$F = \frac{P}{n \cdot \eta}$

КПД реальной системы всегда меньше 1 (или 100%).

Ответ: В реальных системах из-за трения и веса компонентов часть энергии теряется. Эффективность системы описывается КПД, а необходимая для подъёма груза сила рассчитывается по формуле $F = P / (n \cdot \eta)$.

Где применяются системы блоков?

Системы блоков находят широкое применение во многих областях, где требуется подъём или перемещение тяжёлых объектов с приложением минимальных усилий. Основные сферы применения: строительство (в подъёмных кранах), транспорт (в лебёдках эвакуаторов и внедорожников), морское дело (такелажные системы для управления парусами и подъёма якорей), альпинизм и спасательные операции (полиспасты для подъёма пострадавших и снаряжения), а также в быту и спорте (механизмы лифтов, гаражных ворот, силовые тренажёры).

Ответ: Системы блоков применяются в подъёмных кранах, автомобильных лебёдках, на парусных судах, в альпинизме и многих других областях, где необходим большой выигрыш в силе для работы с тяжёлыми грузами.