Одним из простых механизмов является блок. Блок — это колесо с желобом, по которому пропущена веревка или трос. Используется блок, как и все простые механизмы, для преобразования силы — т.е. изменения направления и модуля приложенной силы.
Блоки бывают подвижные и неподвижные. Рассмотрим каждый случай подробно.
Неподвижный блок.
Неподвижный блок — это блок, ось которого (точка О на рисунке) закреплена, и блок при подъеме грузов не опускается и не поднимается.
Такой блок можно рассматривать как рычаг первого рода, у которого оба плеча равны между собой, и равны радиусу колеса блока:
Так как плечи рычага равны, то мы не получим выигрыша в силе. Проверим это, используя формулу равновесия рычага:
В нашем случае неподвижного блока:
значит:
а следовательно:
Действительно, для того чтобы уравновесить силу на одном конце веревки, перекинутой через блок, нам необходимо приложить такую же силу на другом конце. Поэтому неподвижные блоки используют в том случае, если удобнее изменить направление силы, для совершения работы. Например, удобнее поднимать груз, удерживая веревку при помощи своего веса, поэтому на рисунке экспериментатор использует неподвижный блок.
Используя комбинации из неподвижных блоков можно менять направление силы как угодно:
И в этом случае, используя уже два неподвижных блока — мы не получаем выигрыша в силе, зато изменили направление приложения силы, теперь для поднятия груза силу мы должны приложить в горизонтальном направлении.
Подвижный блок
Подвижный блок — это блок, ось которого не закреплена, а поднимается вместе с грузом. Изобразим подвижный блок находящийся в равновесии, отметим на рисунке силы, действующие на систему, а также плечи приложения этих сил:
Подвижный блок можно сравнить с рычагом второго рода. Действительно: точка опоры О лежит по одну сторону от точки приложения сил, отрезок ОА — плечо силы P
отрезок:
- плечо силы F
Рассчитаем, какой выигрыш в силе мы получим от использования подвижного блока. Для этого воспользуемся формулой равновесия рычага:
а следовательно
Получается, для удержания груза весом Р необходимо приложить в два раза меньшую силу. Таким образом, при использовании подвижного блока мы получаем двукратный выигрыш в силе.
Отлично, мы можем поднять груз в два раза тяжелее, чем без использования подвижного блока. Но как же золотое правило механики? Проверим, нарушается ли оно. Изобразим груз, поднятый на высоту h:
Из рисунка видно, что для поднятия груза на высоту h нам необходимо вытянуть веревку длиной
А так как
, очевидно, что для вытягивания груза на высоту h нам необходимо будет вытянуть веревку длиной 2h.
Таким образом, золотое правило механики (действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути) не нарушается, мы произведем такую же работу, как если бы поднимали груз без использования блока.
