Урок 61. Рухомий і нерухомий блоки (Урок)

7клас

Урок 61

Рухомий і нерухомий блоки

 

Мета уроку:

навчальна:

• сформувати поняття про блок  як простий механізм, момент сили;
• ознайомити учнів із застосуванням правила моментів для блоків як різновидів важеля;

розвивальна:

• розвивати логічне мислення та пізнавальний інтерес учнів;
• розвивати спостережливість, вміння систематизувати  та узагальнювати, встановлювати причинно-наслідкові зв’язки;
• показати учням практичну значущість набутих знань;

виховна:

• виховувати інтерес до предмету фізики, позитивне ставлення до навчання, вміння використовувати одержані знання у повсякденному житті;
• виховувати культуру оформлення задач.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: блоки, навчальна презентація, комп’ютер.

Базові фізичні поняття: нерухомий блок, рухомий блок.

Демонстрації:

• рівновага вантажів на нерухомому блоці 
• рівновага вантажів на рухомому блоці.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід уроку

І. Організаційний момент

Перевірка присутніх, перевірка домашнього завдання

ІІ. Актуалізація опорних знань

• Що таке важіль?
• Що таке вісь обертання важеля?
• Що таке точка прикладання сили?
• Як називають лінію, яка показує напрям дії сили?
• Що називають плечем сили?
• Яка умова рівноваги важеля?
• Хто встановив умову рівноваги важеля?
• Який виграш у силі можна отримати за допомогою важеля?
• Що таке момент сили?
• Якою літерою позначається момент сили?
• У яких одиницях вимірюється момент сили?
• У чому полягає правило моментів?

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

 

В стародавні часи  люди будували великі споруди  ( для прикладу піраміди  Хеопса) не маючи великої техніки, підйомних кранів і т. д.

       

 

• Як люди колись виконували такі складні будівлі?

 

IV. Вивчення нового матеріалу

Перший блок було винайдено, коли через колесо, що обертається навколо осі, невідомий механік давнини перекинув мотузку і за допомогою цього пристрою почав підіймати вантажі. За легендою, Архімед за допомогою декількох блоків зміг спустити на воду важке судно, яке не могли зрушити з місця десятки коней. Зараз блоки є в багатьох машинах і механізмах.

Різновидом важеля є блок. Блоки допомагають піднімати та опускати вантажі.

Блок – це колесо з жолобом, закріплене в обоймі, яке обертається навколо своєї осі. Через жолоб блока пропускають мотузку, трос або ланцюг.

 

        

 

Блоки бувають рухомі та нерухомі.

Нерухомий блок – блок, вісь якого закріплена і під час піднімання вантажів він не піднімається й не опускається (продемонструвати модель).

Нерухомий блок можна розглядати як рівноплечий важіль, плечі якого дорівнюють радіусу колеса. Тому нерухомий блок виграшу в силі не дає – він лише змінює напрям сили.

 

                

Нерухомий блок (на малюнку ми бачимо напрямок діючих сил)

 

Демонстрація 1. До нерухомого блоку прикріплюється тягарець відомої маси, вільний кінець мотузки тягнуть за допомогою динамометра, фіксують показання динамометра.

• Чи дає виграш у силі нерухомий блок? (Ні, на досліді ми переконалися в цьому.)

Нерухомий блок  - це блок, вісь якого нерухома.

 

• Для чого ж тоді потрібен такий механізм? (Ним зручно користуватись при підйомі вантажу, тому що він дозволяє змінювати напрямок дії сили.)

 

Нехай за допомогою блока ми піднімаємо вантаж масою m.

 

• Яку ж силу F для цього потрібно прикласти?

Застосуємо до блока правило моментів як достатню умову рівноваги. Правило моментів зручно прописувати відносно центру обертання блока, оскільки момент реакції (сили пружності), яка діє на блок з боку вісі, на яку він насажений, дорівнює нулю (зрозуміло, що плече цієї сили відносно точки О дорівнює нулю). 

Запишемо правило моментів (ІІ умову рівноваги) відносно точки О.

т. О: mgd₁=Fd₂;

але  d₁=d₂=R;

отже, mg·R=F·R;

F=mg.

По результату видно, що виграшу в силі нерухомий блок не дає, він слугує лише для зміни напрямку сили.

Зрозуміло, що прикладаючи силу в зручному для нас напрямку, ми можемо підняти навіть вантаж, що за масою майже дорівнює масі людини: якщо вона практично висить на мотузці і піднявши ноги, щоб вони не дотикалися до підлоги.

Звісно, ми робимо це не завжди, обираючи кожного разу те, що відповідає ситуації.       

Рухомий блок – блок, вісь якого опускається і піднімається разом з вантажем. Плече сили натягу троса вдвічі більше, ніж плече сили тяжіння вантажу. Тому рухомий блок дає виграш сили в два рази, хоча при цьому вільний край мотузки переміщується на вдвічі більшу відстань, ніж вантаж.

 

Рухомий блок (на малюнку ми бачимо тільки напрямок діючих сил)

 

При розв’язанні завдань можна виконувати малюнок схематично, не показувати підвішене тіло, вказав тільки діючі сили. При цьому вагу тіла можна позначити буквою P, а силу тяги — F.

 

Якщо вантаж важить 100 Н, то для його підйому за допомогою нерухомого блоку буде потрібна сила у 100 Н, у свою чергу, за допомогою рухомого блоку буде потрібна сила всього у 50 Н.

 

P = 2F, де F – сила прикладання, P – вага, яку підіймають.

h = 2l, де h – висота на яку підіймають вагу, l – довжина мотузки блоку

 

Демонстрація 2. Повторюється демонстрація 1, тільки тепер тягарець піднімають за допомогою рухомого блоку.

 

• Чи одержуємо ми виграш у силі в цьому випадку? У скільки разів? Як довести це?

 

Рухомий блок - це блок, вісь якого рухається.

Щоб підняти вантаж на висоту h/2 вільний кінець мотузки слід підняти на висоту h.

Запишемо правило моментів відносно точки О.

т.О – точка опори; ОА – плече сили F₁; ОВ – плече сили F₂

т. О: mgd₁=Fd₂;

але  d₁=R;   d₂=2R ;

отже, mg·R=F·2R;

F=mg /2.

За результатом видно, що рухомий блок дає виграш в силі в 2 рази.

Досить часто використовують систему з рухомих та нерухомих блоків.

 

Така система блоків дає можливість змінювати напрям прикладної сили з одночасним виграшем у 2 рази.

Рухомий і нерухомий блоки  завжди можна побачити в будь-якому підйомному крані. 

 

           

          

                                                

 

 

 

 

 

Нерухомий блок у механізмі канатної  дороги змінює напрямок дії сили натягу канату (а отже, напрямок руху канату)  на протилежний.

 

 

Нерухомі блоки, які є в конструкції кар’єрних екскаваторів, дозволяють змінювати напрямок дії сил під будь-яким кутом.

 

Рухомий блок можна використовувати й для отримання виграшу у відстані (або виграшу у швидкості руху). Для цього вантаж слід причепити до вільного кінця мотузки, а тягти за обойму, до якої прикріплена вісь блока.

Нерухомі та рухомі блоки, як правило, використовують одночасно — у вигляді системи блоків.

Давайте складемо характеристики рухомого і нерухомого блока.

 

Характеристика блоків

Види блоків	Будова блока	Змінює	Як змінює	У скільки дає виграш  у силі	Застосування
Нерухомий блок	- колесо на ободі     з жолобом - має вісь   обертання - не змінює   положення в   просторі	Силу	За напрямом	Не дає	Змінювати напрям сили
Рухомий блок	- колесо з   жолобом на   ободі - має вісь   обертання - змінює   положення в   просторі	Силу	За величиною	У 2 рази	Одержувати виграш у силі

 

 

Приклади застосування блоків:

 

 

Механізм блоку використовується в човнових лебідках.

 

При підйомі вантажів підйомними кранами використовують блоки.

 

 

Роботу різних підйомників забезпечує механізм блоку.

 

V. Застосування та закріплення знань.

 

1. Яку силу потрібно прикласти, щоб підняти вантаж 40 Н за допомогою

    нерухомого блока?

А)     20Н;        Б)   40Н;           В)    80Н;            Г)    10Н.

2. Який вантаж можна підняти за допомогою нерухомого блока прикладаючи

    силу 60н?

А)     12кг;       Б)  30кг;            В)   60кг;           Г)    20кг.

3. Яку силу потрібно прикласти, щоб підняти вантаж вагою 40н за допомогою

    рухомого блока?

А)     20Н;        Б)   80Н;           В)    40Н;            Г)    60Н.

4. Який вантаж можна підняти за допомогою рухомого блока прикладаючи

    силу 60Н?

А)     60кг;        Б)    80кг;          В)  120кг.

 

Розв’язуємо задачі 

Задача 1. За допомогою рухомого блоку вантаж підняли на висоту 2 м. На яку довжину при цьому був витягнутий вільний кінець мотузки?

(Відповідь: h = 4 м.)

 

Задача 2. Робітник за допомогою рухомого блоку підняв вантаж на висоту 5 м, прикладаючи до вільного кінця мотузки силу 200 Н. Яку роботу він виконав? (Відповідь: A = F – 2h = 200 Н – 10 м = 2000 Дж.)

 

Задача 3. Яка маса вантажу, який можна підняти за допомогою рухомого блоку, прикладаючи до вільного кінця мотузки зусилля 210 Н, якщо вага блоку 20 Н? Тертя не враховувати.

                                     

 

Задача 4.Визначити масу вантажу ,який утримується за допомогою системи рухомого і нерухомого блоків, якщо до вільного кінця троса прикладено силу 250Н. Маса рухомого блоку 5кг.

 

Дано:                             Розв’язання.

F= 250кг     Рухомий блок дає виграш у силу в 2 рази.

m1=5кг       Отже, вага вантажу з  блоком: P=2F.                          

Знайти:       Маса вантажу і маса блоку дорівнює:

 m₂-?            m₁+m₂=P/g ;             

                    звідки маса вантажу

                    m₂=P/g - m₁

                    Обчислимо:Р=2·250 Н=500 Н;

                   m₂ = (500H/9,8Н/кг) - 5кг = 51кг - 5кг = 46кг

Відповідь: m₂ = 46кг

 

VI. Підсумки уроку

• Наведіть приклади застосування нерухомого блоку.
• Наведіть приклади застосування рухомого блоку.
• Як за допомогою блоків одержати виграш у силі більше, ніж удвічі?
• Чи можна розглядати нерухомий і рухомий блоки як важелі?

 

Метод  «Незакінчене речення»

• Сьогодні на уроці я дізнався (-лася) …
• Я навчився (-лася)  …
• Мені сподобалося …

 

VII. Домашнє завдання

1. Опрацювати §35

2. Вправа 35(2,3)

Додаток

Блок — це простий механізм, що має форму колеса із жолобом по ободу, через який перекинуто мотузку (канат).

1 – колесо;

2 – жолоб;

3 – вісь колеса;

4 – обойма;

5 – мотузка.

 

Нерухомий блок – це блок, вісь якого закріплена і під час піднімання вантажів не піднімається й не опускається.

Нерухомий блок не дає виграшу в силі, проте дозволяє змінювати напрямок дії сили.

Рухомий блок — це блок, що піднімається й опускається разом з вантажем.

Рухомий блок дає виграш у силі в 2 рази.

 

Але виграш у силі буде супроводжуватися таким самим програшем у відстані: якщо вільний кінець мотузки підняти на висоту h, то блок разом із вантажем піднімуться лише на висоту — h/2.