Система полиспаста.

Методы познания законов природы. Урок от 11.04.2020.

Система полиспаста.

На этом уроке:

Узнаем, что такое полиспаст.
Узнаем, что такое сила.
Вычислим коэффициент усиления полиспаста.
Вычислим (измерим) какой массой груз сможет поднять большой мотор Lego при разных системах полиспаста.
Написать программу для экспериментальной установке.

Полиспаст - грузоподъемное устройство, состоящие из собранных в неподвижную и подвижную обоймы блоков. От древне греческого πολύσπαστον — натягиваемая многими верёвками таль.

На данной картинке представлена одна из разновидностей системы полиспаста. Один блок фиксируется к грузу и является подвижным, второй блок крепиться к объекту к которому нужно передвинуть груз, например это может быть стрела крана, или точка в направлении которой нужно сдвинуть груз.

Полиспаст применялся издавших пор. Например для натяжения канатов парусного корабля или на грузоподъемных механизмах древности. Сейчас их так же можно увидеть на грузоподъемных механизмах кранов или лебедок.

Для определения коэффициента усиления полиспаста нам потребуется понятия сила.

Сила (F) - физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. Слово векторная означает, что сила имеет направление. Сила измеряется в Ньютонах H.Где Н = кг м/с².

Например, если мы возьмем груз, привяжем к нему веревку и поднимем груз за эту веревку и будем держать, то с одной стороны на веревку будет действовать сила Fг (сила груза) равная массе груза на ускорение свободного падения (Fг = mg), а с другой стороны сила руки Fр, которая будет ровна по значению, но противоположна по направлению.

Если мы перебросим веревку через блок (подвижное колесо) и пренебрежем трением в блоке, трением веревки о блок и растяжением веревки, то мы можем считать, что эти силы так же равны

Система полиспаст может быть как развернутого вида (слева), так и компактная (справа).

Для проведения эксперимента нам нужно построить по примеру одну из систем полиспаста. Это можно сделать из конструктора Lego, или из любого другого конструктора. Так же можно построить из подручных средств или взять готовый. В случае, если отсутствует большой мотор Lego - то его можно заменить таким же барабаном. Тогда для вычисления передаточного отношения мы будем замерять массу груза и противовеса. Пример на картинке.

Из технической документации мы знаем, что большой мотор Lego имеет крутящий момент M = 20Нсм, а диаметр диска, на который происходит намотка нитки, равен 43,2мм, соответственно радиус r = 21,6мм (2,16см). Напомню, что крутящий момент (M) это сила F помноженная на плечо r. M = F · r;

Отсюда следует, что максимальная сила, которую сможет преодолеть мотор при подъеме груза равна F = M / r = = 20Нсм / 2,16см = 9,26Н. Воспользуемся 2 законом Ньютона F= m · a. В нашем случае ускорение а будет равно ускорению свободного падения g, где g = 9,8м/с². Отсюда вычислим массу m = F / g = 9,26Н / 9,8м/с² = = 9,26 кг м/с² / 9,8м/с² = 0,95кг = 950 гр.

Т.е. на данном примере мотор сможет поднять груз весом 950 грамм.

В рамках эксперимента мы замеряем вес груза, который смогла поднять система полиспаста. Записываем это значение в таблицу. И вычисляем коэффициент усиления по формуле:

k = масса груза из условия n / масса груза из условия 1.

Если Вы не используете мотор Lego то формула будет:

k = масса груза из условия n / масса противовеса.

От ученика требуется:

1. Написать программу (1 год обучения пишет на EV3 Software, 2 год обучения пишет на Трик-студия)

В бесконечном цикле расположено условие (переключатель) в зависимости от нажат ли датчик касания подключенный к 1 порту, мотор В или запускается, или останавливается, проверка условия происходит с задержкой в 0,01с.

2. Произвести замеры массы груза и записать в таблицу.

№ условия Масса груза в 1 условии или масса противовеса в кг Масса груза в кг Коэффициент усиления

0,95 0,95

0,95 1,9

Результат вычислений оформить и прислать мне.

В оформлении должно быть:

Фамилия Имя.

Заполненная таблица.

Фотография программы.