Подвижный и неподвижный блок

Подвижный и неподвижный блок

Блок — это простой механизм в виде колеса с желобом, через который перекинута верёвка или цепь. Блоки помогают поднимать грузы, изменяя направление силы или давая выигрыш в силе. Различают два вида блоков: неподвижный и подвижный.

Неподвижный блок

Ось неподвижного блока закреплена и не перемещается при подъёме груза. Такой блок не даёт выигрыша в силе, но позволяет изменить направление силы: тянуть верёвку удобнее вниз, а груз при этом поднимается вверх. Неподвижный блок — это, по сути, равноплечий рычаг, у которого оба плеча равны радиусу колеса.

Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, но меняет направление действия силы. С его помощью груз можно поднимать, прилагая силу, равную весу груза.

Подвижный блок

У подвижного блока ось перемещается вместе с грузом. Такой блок даёт выигрыш в силе в 2 раза: чтобы поднять груз, нужно приложить силу вдвое меньше его веса. Но при этом проигрываем в пути: верёвку приходится вытягивать вдвое длиннее. Это прямое следствие золотого правила механики.

Разобранный пример

Груз весит 400 Н. Какую силу надо приложить, чтобы поднять его подвижным блоком (трением пренебрегаем)?

F = P / 2 = 400 Н / 2 = 200 Н

Достаточно силы 200 Н, но верёвку нужно вытянуть вдвое длиннее, чем поднимается груз.

Комбинация блоков

На практике подвижный и неподвижный блоки часто соединяют. Тогда один блок даёт выигрыш в силе, а другой делает направление тяги удобным. Такая система называется полиспастом и применяется на стройках и в портовых кранах.

Частые ошибки. Считают, что неподвижный блок даёт выигрыш в силе — нет, он только меняет направление. Забывают про проигрыш в пути у подвижного блока: выиграв в силе вдвое, столько же теряем в длине верёвки.

Почему блок — это рычаг

На первый взгляд блок не похож на рычаг, но по сути им является. У неподвижного блока ось вращения проходит через центр колеса, а сила груза и сила тяги приложены к краям на одинаковом расстоянии — радиусе колеса. Плечи равны, поэтому выигрыша в силе нет. У подвижного блока ось проходит через точку, где верёвка касается обода с одной стороны, а тянущая сила приложена с другой стороны — на расстоянии в два радиуса. Плечо тянущей силы вдвое больше, отсюда и выигрыш в силе в 2 раза.

Учёт собственного веса и трения

В простых задачах вес самого блока и трение в оси не учитывают. На практике же подвижный блок имеет вес, и его тоже приходится поднимать, поэтому реальная сила оказывается чуть больше расчётной. Трение в оси и о верёвку тоже немного увеличивает нужную силу. Из-за этого коэффициент полезного действия блоков меньше 100 процентов, хотя и довольно высок.

Кратко о главном

• Неподвижный блок меняет направление силы, но не даёт выигрыша.
• Подвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза.
• Выигрывая в силе, проигрываем в пути — золотое правило механики.
• Блоки комбинируют в системы для удобного подъёма грузов.