Секция естественно-математические и технические дисциплины в нефтедобывающей промышленности

Механические устройства, служащие для преобразования величин или направления силы, называют простыми механизмами. Сюда относятся рычаги, блоки, ворот, лебедка и др. Обычно их используют для выигрыша в силе, при этом часто используют различные механизмы, чтобы максимально доступно уменьшить силу трения. Кроме выигрыша в силе мы также получаем проигрыш в пути. Кроме этого мы еще получаем и проигрыш в работе, даваемый силой трения и массой частей механизма.

Получение выигрыша в силе у рычага

Выигрыш в силе, получаемый рычагом определяется отношением большего плеча на меньшее плечо. Плечи являются расстоянием от неподвижной точки опоры до точек дейст-вия сил .

Получение выигрыша в силе у блоков

У блоков различают 2 основных вида - подвижный и неподвижный. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Подвижный блок дает выигрыш или проигрыш в силе. Он определяется отношением хорды окружности (колеса с желобом) к радиусу этой же окружности

Получение выигрыша в силе у др. механизмов

Выигрыш в силе, получаемый воротом или лебедкой определяется отношением радиуса окружности, описываемой большей части шестерни, к радиусу другой окружности, описываемой меньшей части шестерни . Если мы имеем несколько шестерен, то результаты отношений надо умножить.

Экспериментальная часть

Для исследования использовали простой механизм, установленный на подъемном кране. От механизма провели капроновую нить, проходящую через 3 неподвижных (для изменения направления движения) и 1 подвижный блоки (для получения выигрыша в силе 2 раза). Верхнюю часть крана, на которой закреплены неподвижные блоки, расположили так, чтобы при подъеме грузов эта часть оказывалась в равновесии (часть со стороны механизма приблизительно в 2 раза больше части с другой стороны), т. к. у нас присутствует блок (дает выигрыш в силе тоже приблизительно в 2 раза). Измерили радиус каждой из шестерен у главного простого механизма. Нашли выигрыш в силе по формуле:

Выигрыш в силе = R. R1. R2. R3 r r1 r2 r3

Повесили на крючок крана груз массой 100 гр. Включили кран на подъемный режим. При подъеме замедления скорости мотора не наблюдается.

Повесили на крючок крана груз массой 300 гр. Включили кран на подъемный режим. При подъеме наблюдается небольшое снижение скорости мотора. Значит, на мотор подейст-вовала небольшая сила, которая вращает мотор в др. сторону. Но мотор преодолевает своей силой противоположную ему силу.

Повесили на крючок крана груз массой 500 гр. Включили кран на подъемный режим. При подъеме наблюдается вполне значительное снижение скорости мотора. Значит, на мотор подействовала более высокая сила, которая также вращает мотор в др. сторону. Но мотор преодолевает своей силой и эту противоположную ему силу.

При подъеме грузов также действовала сила трения осей шестерен и блоков о корпус.

При подъеме использовали довольно слабый мотор. Поэтому при подъеме 500 гр. он почувствовал значительную нагрузку, что проявлялось снижением скорости.

Расчеты

Шестерни 1 2 3 4

R, мм 35 27 21 10

r, мм 7 5 3 3

Результат 5 5,4 7 3,3

Итог с учетом блоков: 600-кратный выигрыш в силе (округлено до десятков)

Заключение

В ходе выполнения своей работы, я более подробно рассмотрел простые механизмы, т. к. в школьном курсе этот вопрос рассматривается только ознакомительно.

В начале работы я поставил перед собой цель: собрать свой подъемный кран и проверить какой выигрыш в силе он может дать.

В ходе работы я разработал и электрическую схему этого крана.

Выполнив работу, итоги:

1. Простые механизмы действительно дают большой и много кратный выигрыш в силе.

2. Собранный мной механизм можно использовать: а) для демонстрации на уроках физики как наглядный прибор; б) в детских игрушках; в) для работы на стройке; г) в сельском хозяйстве и в других сферах деятельности для поднятия тяжести.

д) используя простые преобразования данный кран можно переделать в нефтяную вышку