¿Cómo explicar el bloque de poleas?

Una polea es una pequeña rueda con ranuras a su alrededor que puede girar alrededor de un eje. Una máquina simple que puede girar alrededor de un eje central, que consta de un disco ranurado que puede girar alrededor de un eje central y una cuerda, cinta, cable de acero, cadena, etc. que atraviesa el disco, se llama polea.

Como se muestra en la figura siguiente, es una palanca de brazos iguales. Si agrega una placa semicircular encima y debajo de ella, e instala un eje en el punto de apoyo para permitir que gire, esto es una polea. .

El modelo de palanca de la polea

Entonces, la esencia de la polea es una palanca que puede girar. Las mismas condiciones de equilibrio para las palancas se aplican a las poleas.

Existen tres tipos de poleas: Polea fija: Durante el proceso de rotación, su eje es fijo, o su posición no cambia. Polea en movimiento: Durante el proceso de rotación, su eje puede moverse con el objeto, es decir, la posición del eje cambia constantemente. Bloque de poleas: combinación de dos o más poleas.

Características de la polea fija: Análisis basado en el principio de la palanca: excluyendo la fricción, F1l1=F2l2, porque L1=L2, entonces, F1=F2, la esencia de la polea fija es una palanca de brazos iguales , el uso de la polea fija no puede ahorrar mano de obra, pero puede cambiar la dirección del impulso.

El modelo de varilla de la polea fija

Características de la polea móvil: Como se muestra a continuación, independientemente del peso y la fricción de la polea móvil, analice según el principio de palanca: F1l1 =F2l2, porque L1=2L2, entonces, la polea móvil La esencia: el brazo de potencia es una palanca que ahorra trabajo y es el doble del brazo de resistencia. Usar una polea móvil puede ahorrar la mitad de la fuerza, pero no puede cambiar la dirección de la potencia. El punto de apoyo de la polea en movimiento cambia. Si solo se ignora la fricción entre las ruedas y los ejes, entonces: fuerza de tracción F = (G objeto G en movimiento)/2.

Modelo Rove de polea móvil

Características del juego de poleas: El uso del juego de poleas no solo puede ahorrar mano de obra, sino que a veces puede cambiar la dirección de la potencia. Sin tener en cuenta la fricción entre los ejes y la gravedad de la polea móvil, la fuerza de tracción F= G/n. Si solo se ignora la fricción entre los ejes de las ruedas, la fuerza de tracción F = (G objeto G se mueve)/n.

El bloque de poleas se compone de varias poleas fijas y poleas móviles, que pueden ahorrar mano de obra y cambiar la dirección de la acción de la fuerza. Durante el uso, la cantidad de esfuerzo ahorrado determina cómo enrollar la cuerda.

Bloque de polea representativo

El principio es: cuando n es un número impar, la polea accionada por cable arranca. Cuando se utiliza una polea móvil, se utilizan tres secciones de cuerda para soportar la carga. Después de eso, se agregan dos secciones de cuerda por cada polea móvil adicional. Por ejemplo: n=5, se necesitan dos poleas móviles (3 2). Cuando n es un número par, la cuerda comienza desde la polea fija. En este momento, todas las poleas móviles están sostenidas por solo dos secciones de cuerda. Por ejemplo: n=4, se necesitan dos poleas móviles (2 2).

Determine el número de poleas fijas según sea necesario. El principio es: generalmente: dos hilos de cuerda están equipados con una polea móvil, y una polea móvil generalmente está equipada con una polea fija. Cuando no es necesario cambiar la dirección de la acción de la fuerza, una sección de cuerda par se puede reducir con una polea fija; para cambiar la dirección de la acción de la fuerza, es necesario agregar una polea fija.

Los principios de diseño del bloque de poleas se pueden resumir de la siguiente manera: los movimientos pares e impares son fijos; un movimiento es fijo, los números pares se reducen en una cierta cantidad y los cambios de dirección se incrementan en una cantidad determinada. cierta cantidad.

Con base en el conocimiento anterior, podemos discutir los principios físicos del ahorro de mano de obra de la polea. Para poleas fijas, la discusión anterior trata sobre la maquinaria ideal. Cuando se usan poleas fijas, se debe considerar la fricción entre el eje giratorio y la fricción entre la cuerda y la polea. Por lo tanto, el uso de poleas fijas no puede ahorrar mano de obra. discutido en este artículo.

El principio de ahorro de mano de obra del bloque de poleas es el mismo que el de la polea móvil, pero el número de poleas móviles es diferente. Por lo tanto, este artículo no analiza el bloque de poleas, sino solo el típico. polea: la polea móvil.

Primero, podemos utilizar el principio de la palanca para analizar el principio de ahorro de mano de obra de la polea móvil.

Si se trata de una polea móvil ideal, independientemente del peso y la fricción de la polea móvil, según el análisis del principio de palanca, el brazo de potencia es el doble del brazo de resistencia. El uso de la polea móvil puede ahorrar. la mitad de la fuerza. Con una polea en movimiento, la distancia recorrida por la potencia es mayor que la distancia recorrida por el peso.

En segundo lugar, analice el principio de ahorro de mano de obra de la polea móvil desde la perspectiva del equilibrio estático.

Sin tener en cuenta la fricción, cuando la polea móvil está estacionaria en dirección vertical o se mueve en línea recta a una velocidad constante, la polea móvil está equilibrada por cuatro fuerzas estáticas, a saber, el peso propio de la polea móvil. (movimiento G), la fuerza de tracción del peso sobre la polea móvil (igual a El peso del objeto es G (objeto) y la fuerza de tracción de las dos cuerdas sobre la polea móvil es F.

Como no se considera la fricción, la fuerza de tracción F de las dos cuerdas en la polea en movimiento es igual, por lo que existe una ecuación de equilibrio: 2 F= G objeto G se mueve y la fuerza de empuje F= (G objeto G se mueve)/2 .

El movimiento de G es muy pequeño en comparación con el objeto G. Por lo tanto, F es más pequeño que G, es decir, mover la polea ahorra trabajo.

En tercer lugar, analice el principio de ahorro de mano de obra de la polea móvil desde la perspectiva del principio de trabajo mecánico.

Principio del trabajo mecánico: No se puede ahorrar trabajo utilizando ninguna maquinaria. Hay varias situaciones para entender su significado:

1. Después de hacer algo, el trabajo realizado es un valor fijo, sin importar el método que utilices. Ahorrar esfuerzo inevitablemente ahorrará distancia; ahorrar esfuerzo inevitablemente ahorrará distancia.

2. Sin tener en cuenta la fricción y el peso propio mecánico: el trabajo realizado por la mano de obra F para levantar el objeto es igual al trabajo realizado por el elevador mecánico F.

3. Sin tener en cuenta la fricción y el peso propio mecánico: el trabajo realizado por la potencia F es igual al trabajo realizado por la resistencia.

4. Si se consideran la fricción y el movimiento del peso propio G de la máquina (maquinaria real): el trabajo realizado por la potencia F es igual al trabajo realizado por la máquina para vencer toda resistencia.

5. Si consideramos la fricción y el movimiento del peso propio G de la máquina (es decir, la máquina real): no sólo no se puede ahorrar trabajo usando máquinas, sino que también hay que hacer más. trabajo extra.

Entonces, para maquinaria ideal, W=FS=Gh, ya que S=2h, por lo tanto, F=G/2. Este es el principio de que la polea móvil ahorra la mitad de la fuerza.

Si no se considera la fricción y solo se considera el peso propio de la máquina, entonces FS=Gh G moviendo h Dado que S=2h, F= (G objeto G moviendo)/2. El movimiento G es muy pequeño en comparación con el objeto G y la polea en movimiento aún ahorra trabajo.

Si se considera la fricción y el movimiento del peso propio G de la máquina (maquinaria real): el trabajo realizado por la potencia es igual al trabajo realizado por la máquina para vencer toda resistencia. En este momento, eta = Gh/FS, dado que S = 2h, entonces, F = G/2eta, eta es la eficiencia mecánica, que siempre es menor que 1, es decir, la polea móvil todavía ahorra mano de obra.

Recordatorio especial: No todas las poleas móviles pueden ahorrar esfuerzo. En la imagen de abajo, mover la polea de la derecha es laborioso.

La polea es una palanca deformada, que es una máquina de palanca sencilla y que tiene una amplia gama de usos. En nuestro país, hay registros sobre poleas en el libro "Mo Jing" ya en el Período de los Reinos Combatientes. Los polipastos se utilizan ampliamente en grúas, polipastos, ascensores y otra maquinaria. La polea diferencial (comúnmente conocida como polipasto de cadena manual) que se usa comúnmente en las fábricas también es un bloque de poleas.

Arquímedes explicó en detalle la teoría cinemática de las poleas. Se dice que una vez Arquímedes usó una polea compuesta sola para tirar de un gran barco oceánico lleno de carga y pasajeros. En el siglo I d.C., Hero analizó y escribió la teoría sobre las poleas compuestas, demostrando que la relación entre carga y fuerza es igual al número de segmentos de cuerda que transportan la carga, que es el "principio de la polea".