Физика - учебник 7 класс

3. Как относятся плечи сил в подвижном блоке?

а

4. Какой выигрыш в силе дает подвижный блок?

5. Как относятся моменты сил в блоках?

ет

6. Что такое полиспаст?

7.

полисп ст,

в

с

Какую минимальную силу нужно приложить к концу веревки для

подъема мешка цемента массой

m =

а

50 кг помощью подвижного

блока? На какую высоту будет поднят мешок при

овершении этой

силой работы А = 2,5 кДж?

Дано:

а

Решение

т = 50 кг

Так как блок подвижный, то

А = 2,5 кДж = 2500 Дж

F =

P ;

P = gm;

g =10 H .

я2

кг

д

min

Fmin — ? h — ?

Тогда:

о

H

10

50 кг

F =

gm

=

нкг

= 250 Н = 0,25 кН.

р

min

2

2

а

= AA′ (рис. 138).

Работа

А = Fmin h1; h1

Высота подъема мешка цемента:

Н

h =

h1

.

h1

=

A

=

2500

Дж

=10 м;

2

Fmin

250

Н

h = 10 м = 5 м.

Рис. 138

Упражнение 15

1. Сравните значения сил для подъема

тела, показанного на рисунке 139.

а

2.

Какую силу

надо

приложить, что-

бы равномерно

поднимать плиту массой

m = 20 кг с помощью блока: а) неподвиж-

ного; б) подвижного (трение и массу бло-

е

ка здесь и в последующих задачах не учи-

т

тывать)?

в

3. Какую работу совершает сила F1

(см.

Рис. 139

с

рис. 139), если груз массой m = 5,0 кг рав-

а

номерно поднимается на высоту h = 40

м?

4. Какая сила потребуется для р вно-

мерного подъема чугунной детали объемом

V = 2,5 дм3 с помощью неподвижного блока?

Какую мощность

необходимо

развить для

а

= 0,40

м?

подъема детали со скоростью v

н

c

5. На рисунке 140 изобр женяобщий вид

д

колодезного ворота и его вид с торца.

Используя чертеж с изображением прило-

о

женных к вороту сил, объясните, почему и

Рис. 140

во сколько раз п лучается выигрыш в силе

р

при использ вании эт го механизма.

6.

На

исунке 141 показано сочетание

двух блоков. Какой выигрыш в силе дает

Н

такой мех низм? Какая сила необходима для

подъема груза весом Р = 500 Н? Выполните

расчет:аа) не учитывая массу блока 1; б) с уче-

том массы блока 1, равной m = 2,0 кг.

7. Как влияет на значение прилагаемых

сил сила тяжести веревки во всех изобра-

женных на рисунках 139, 140, 141 случаях?

Рис. 141

102

т

На рисунке 142 приведены различные инструменты и устрой-

е

ства, работающие как рычаги и блоки. Объясните принцип р боты

этих механизмов. Укажите силы, действующие на них, осиаили точки

в

опоры и плечи сил. Какие из них дают выигрыш в силе? Изобразите

с

яа

а

н

д

о

р

а

Н

Рис. 142

103

Аналогично можно подойти к рассмот-

рению рычага (рис. 144). Измерив пути s1 и

s2 и определив вес груза Р и силу F, прило-

женную к свободному концу рычага, можно

а

найти работу веса груза и силы F. Эти ра-

боты оказываются тоже равными.

При использовании рычага выигрыша

в работе нет. Если выиграли в силе, то во

столько же раз проиграли в пути.

Ни один механизм не дает выигрыша в

т

Рис. 144

работе. Это утверждение получило назва-

е

ние «Золотое правило механики».

Если с помощью какого-либо простого механизма выигрыва-

в

ем в силе, то во столько же раз проигрыв ем в пути.

Наглядно это можно записать в т ком виде:

с

СИЛА

1

путь

1

= сила ПУТЬ

,а

F s

1

= F

S

.

2

2

или

1

2

2

Можно ли при сравнении р бот ст вить между ними строгое ра-

я

венство? Случайно ли мы всегда, дел я тот или иной вывод, предуп-

реждали о том, что силой тяжестиа, действующей на блок, и силой

трения надо пренебречь? Но тре ие ведь существует. Оно присут-

ствует во всех механизмах.нСила тяжести, действующая на сам блок,

пусть даже неб льшая, т же есть. Даже если не происходит подъема

д

простого механизма или его частей (как в случае неподвижного бло-

ка), мы должны п илагать дополнительную силу на приведение его в

о

движение, т. е. на п еодоление инертности механизма. Поэтому при-

лагаем я к мехрнизму сила должна реально совершать работу боль-

шую, чем полезная работа по подъему груза. Работу силы F, прило-

а

женной к механизму, назовем совершенной. Полезной же является

работа по поднятию только самого груза весом Р.

ОтношениеН

Апол , показывающее,

какую часть от совершен-

Асов

ной прилагаемой силой работы составляет полезная работа, на-

совершенной, то КПД механизма всегда меньше единицы. Обычно

КПД выражают в процентах:

а

т

η =

Апол

100%.

А

сов

в

Чтобы увеличить КПД, необходимо ум ньшить трение и мас-

су простого механизма. Тогда

уменьшится со ршенная рабо-

та, приблизившись к полезной работе, а КПДебудет стремиться

к 100 %.

а

с

Главные выводы

1. Ни один механизм не дает выигрыша в работе.

а

2. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проиг-

рываем в пути.

н

3. Из-за силы трения и ядругих потерь совершенная работа

д

всегда больше полез ой работы.

4. Коэффицие т полез ого действия любого механизма мень-

ше 100 %.

о

р

Конт ольные в пр сы

а

1. Какая абота при использовании простого механизма называется по-

лезной? Сове шенной?

Н

Определите совершенную при этом подъеме работу и КПД блока.

Коэффициент g ≈ 10 Н .

а

кг

Дано:

Решение

m = 20 кг

КПД:

h = 4,0 м

в

т

η = ААпол 100%.

F = 110 Н

сов

При использовании под ижногоеблока

— про-

а

Асов — ?

игрыш в пути в 2 раза, т. е. s

= 2h. Совершенная силой

η — ?

F работа:

А

= F s = 2Fh;

я

с

сов

Асов = 2 110 Н 4,0 м = 880 Дж = 0,88 кДж.

а

Полезная работа по подъему груза:

н

Aпол = gmh;

Aпол = 10 Н 20 кг 4,0 м = 800 Дж = 0,80 кДж.

кг

Тогда КПД:

о

р

η = 0,80 кДж

100% = 91%.

а

0,88 кДжд

Ответ: Асов

= 0,88 кДж; η = 91 %.

Н

Упр жнение 16

1. Потенциальная энергия гири (рис. 145) при

подъеме увеличилась на

П = 10 Дж. Может ли со-

вершенная при этом работа быть равна: а) А = 10 Дж;

б) А + 10 Дж; в) А * 10 Дж? Ответ объясните.

2. Для равномерного подъема ведра с краской

массой m = 10 кг на высоту h = 5,0 м с помощью не-

Рис. 145

107

подвижного блока потребовалась сила F = 110 Н. Определите полез-

ную и совершенную работу. Найдите КПД установки. Все ли данные

нужны для определения КПД? Коэффициент g в данной и последу-

ющих задачах принять равным 10 Н .

кг

3. Определите полезную и совершенную работу при подъеме

груза (см. рис. 145) массой m = 2,0 кг на высоту h = 0,40 м, если

приложенная сила F = 12,5 Н. Определите КПД ус

новки.

4.

При

использовании рычага

с длиной

пл ч

аl = 160 см и

1

l2 = 20 см груз массой m = 100 кг был поднят на высоту h = 5,0 см

т

с помощью силы F = 150 Н. Чему равны пол зная и совершенная

работа и КПД данного рычага?

е

5. Плита массой m = 120 кг была ра номерно поднята с помо-

щью подъемного механизма на высоту h =в16 м за промежуток вре-

мени t = 30 с. Считая КПД равным 80 %, определите совершенную

работу и развиваемую мощность.

с

6. Определите полезную работуа, совершенную за промежуток

времени t = 10 с, по подъему груза краном с мощностью двигателя

Р = 4,0 кВт и КПД η = 75 %.

я

7. При подъеме с постоя

ой скоростью v = 0,40 м груза мас-

сой m =

а

c

40 кг с помощью подвижного блока на высоту h = 12 м

прилагаемая сила была равна F = 250 Н. Определите КПД и разви-

н

ваемую мощн сть. Как изменилась бы мощность, если бы при подъ-

еме скорость грузадувеличивалась?

8. П и

авномерном перемещении груза по наклонной плоскос-

о

ти получен выигрыш в силе в два раза. Считая наклонную плос-

кость гл дкой (трение отсутствует), определите, дает ли выигрыш в

р

работе использование данной плоскости, и найдите угол ее наклона.

а

= 220 кг в кузов грузового авто-

9. Для подъема груза массой m

мобиля на высоту h = 1,5 м используют доску длиной l = 3,0 м.

Груз перемещают равномерно, прикладывая параллельно плоскости

Н

доски силу F = 1,5 кН. Сделайте схематический рисунок к условию

задачи. Определите КПД этого простого механизма.

а

т

е

в

с

яа

а

н

д

о

р

а

Н