Question

Почему блоки не дают выигрыша в работе

Answer 1

Внимательно посмотрим на два основных типа блока: подвижный и неподвижный (см. рисунок).

Для неподвижного блока груз поднимается под действием силы натяжения веревки Т на высоту h, в то же время, другой конец веревки опускается на расстояние h под действием силы F, равной T, их работы:

$\displaystyle A_T=Th\\A_F=Fh$

Но так как $\displaystyle |\vec{T}|=|\vec{F}|$ то и работы этих сил равны между собой.

Для подвижного блока груз поднимается на высоту h под действием силы натяжения веревки Т, но другой конец вытягивается на 2h за счет вдвое меньшей силы, сравним их работы:

$\displaystyle A_T=Th\\A_F=\frac{F}{2}*2h=Fh$

Пришли к тому же результату, т.е. и подвижный блок не дает выигрыша в работе.

На самом деле отсутствие выигрыша в работе является следствием золотого правила механики: Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии, а работа, как произведение этих двух величин, никак не меняется.

Более того, в реальных механизмах, полезная работа всегда оказывается меньше затраченной из-за наличия силы трения и т.д. Поэтому КПД реальных механизмов всегда меньше 1.