Механическое преимущество Block & Tackle

Блокирующий шкив - это машина, которая значительно снижает силу, необходимую для перемещения или подъема объекта, такого как тяжелый ящик. Стандартный шкив состоит из одного колеса на оси, через которую проходит трос. Сам по себе шкив может изменять только направление силы, приложенной к объекту. Система шкивов, работающих вместе, может образовывать блок и захват, что увеличивает усилие в дополнение к изменению направления силы, что означает, что для перемещения объекта требуется меньшее усилие. Степень увеличения силы блока и захвата является их механическим преимуществом.

Блоки и захваты часто используются в тех областях, где нет тяжелой техники, и вместо этого необходимо использовать человеческую силу. В древности блоки и снасти использовались в строительных проектах для перемещения тяжелых грузов. В современную эпоху они часто используются на лодках, где было бы непрактично иметь кран или другое тяжелое подъемное оборудование.

Если бы мы пытались поднять 200 фунтов. обрешетку с пола в стропила здания, мы могли бы сделать это с помощью простого шкива. Мы вставляли один шкив в стропила и пропускали через него веревку, прикрепляя один конец веревки к обрешетке. Потянув за другой конец веревки (тянущую часть), мы смогли поднять обрешетку на стропила. В этой системе каждый раз мы тянем веревку на одну ногу с усилием 200 фунтов. силы, мы поднимаем ящик на одну ногу. Поднятие с весом менее 200 фунтов. силы не сдвинет наши 200 фунтов. ящик.

Если вместо того, чтобы прикрепить веревку непосредственно к обрешетке, мы пропустим ее через новый шкив, прикрепленный к обрешетке, а затем прикрепим конец веревки к стропилам, у нас будет блок и снасть. Теперь, каждый раз, когда мы натягиваем свободный конец веревки, веревка должна проходить между стропилами и обрешеткой дважды. Чтобы поднять ящик на одну ногу, нам пришлось бы натянуть веревку двумя ногами. Однако нам нужно будет тянуть только 100 фунтов. силы.

Это несоответствие между силой, необходимой для перемещения объекта, и весом объекта является механическим преимуществом блока и снасти. Это то же самое, что и несоответствие между тем, сколько веревки мы тянем, и расстоянием, на которое перемещается объект. Чтобы рассчитать механическое преимущество, мы можем либо разделить вес поднимаемого объекта на сила, необходимая для его подъема, или мы можем разделить количество веревки, которую мы должны тянуть, на расстояние до объекта движется. Чтобы найти механическое преимущество нашей машины первым способом, мы разделим вес ящика, 200 фунтов, на величину силы, необходимой для его подъема, 100 фунтов, что дает нам механическое преимущество в два. Разделив, сколько веревки мы тащим за один раз (2 фута), на расстояние, на которое поднимается ящик (1 фут), мы получим тот же ответ. Как показывает практика, количество отрезков каната между двумя шкивами в блоке и захвате соответствует механическому преимуществу машины. В нашей машине канат проходит от верхнего шкива к нижнему шкиву и обратно к стропилам: два отрезка каната дают нам механическое преимущество в два.

Несмотря на то, что блок и захват уменьшают силу, необходимую для перемещения объекта, они не меняют объем работы. Например, блок и подкат с механическим преимуществом в четыре позволят вам поднять 4 фунта. объект всего с 1 фунтом. силы. Однако вам также потребуется потянуть 4 фута веревки, чтобы поднять объект на одну ногу.

Когда какой-либо объект движется против другого объекта, часть энергии движущегося объекта теряется на трение. В блоке и захвате некоторое трение в шкивах снижает механическое преимущество машины. Чтобы включить трение в расчет механического преимущества блока и захвата, разделите вес поднимаемого объекта на вес, необходимый для его подъема.