Бесплатная техническая библиотека

Рычаг, блок, наклонная плоскость. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Уже в глубокой древности для подъема тяжестей человек стал применять простые механизмы: рычаг, ворот и наклонную плоскость. Позже к ним прибавились еще блок и винт. Эти несложные приспособления позволяли многократно увеличить мускульные усилия человека и справиться с такими тяжестями, которые при других обстоятельствах были бы совершенно неподъемными.

Принцип действия простых механизмов хорошо известен. Например, если нужно втащить груз на определенную высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым. Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу. Эта связь имеет четкое математическое выражение. Если наклонная плоскость имеет угол d, то втащить груз по ней будет в 1/sin d раз легче, чем поднять его вертикально. Если угол составляет 45 градусов, наше усилие будет в 1, 5 раза меньше, если 30 градусов - в 2 раза меньше, при угле в 5 градусов мы потратим в 11 раз меньше усилий, а при угле в 1 градус - в 57 раз!

Правда, все, что выигрывается в силе, теряется в расстоянии, ибо во сколько раз уменьшается наше усилие, во столько же раз возрастает расстояние, на которое придется тащить груз. Однако в тех случаях, когда время и расстояние не играют большой роли, а важна сама цель - поднять груз с наименьшим усилием, наклонная плоскость оказывается незаменимым помощником.

Наклонная плоскость

Другим простым механизмом - рычагом - наши далекие предки постоянно пользовались для того, чтобы приподнимать и сдвигать с места тяжелые камни и бревна. Рычаг позволяет достигнуть многократного выигрыша в силе самыми простыми и доступными средствами. Положив длинный и крепкий шест на обрубок полена (опору) и подсунув второй конец его под камень, человек превращал шест в простейший рычаг. В этой ситуации на камень начинали действовать два вращающих момента, один от веса камня, а другой - от руки человека. Для того чтобы камень сдвинулся с места, "подталкивающий" момент от мускульной силы человека должен быть больше "прижимающего" от веса камня. Момент, как известно, равен произведению приложенной силы на длину плеча рычага - в данном случае плечо - это расстояние от конца шеста (точки приложения силы) до полена (точки опоры).

Рычаг

Легко подсчитать, что если плечо, на которое давит человек в 15-20 раз длиннее того, которое подсунуто под камень, то сила человека соответственно тоже возрастает в 15-20 раз. То есть человек, не очень напрягаясь, может сдвинуть камень весом в тонну!

Неподвижный блок - третий механизм, получивший распространение в древности - представляет собой колесо с желобом, ось которого жестко прикреплена к стене или потолочной балке. Перекинув через колесо веревку и прикрепив ее противоположный конец к грузу, можно поднять его на высоту крепления блока. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, но зато предоставляет возможность изменить ее направление, что зачастую при подъеме тяжестей тоже имеет огромное значение.

Неподвижный блок

При всей своей примитивности простые механизмы многократно расширяли возможности древнего человека. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить о гигантских постройках древних египтян. Например, пирамида Хеопса имела высоту 146 м. Подсчитано, что для ее возведения потребовалось 23300000 каменных глыб, каждая из которых весила в среднем около 2, 5 тонн. Но и это был не предел - при строительстве храмов египтяне транспортировали, поднимали и устанавливали колоссальные обелиски и статуи, вес которых составлял десятки и сотни тонн!

Какие же механизмы использовали эти древние строители для того, чтобы поднимать на огромную высоту исполинские глыбы и статуи? Оказывается, все это можно сделать с помощью тех же простых устройств - блока, рычагов и наклонной плоскости. Колоссальные статуи и каменные глыбы перетаскивались на массивных салазках, которые тянуло большое количество людей. Каждый из работавших имел веревку, переброшенную через плечо. Под салазки подкладывались катки, которые после протаскивания груза подбирались и снова подкладывались под полозья.

Деревянный блок древних египтян

Для преодоления препятствий салазки приподнимались с помощью рычагов. В качестве них употребляли стесанные бревна. Упорами служили специально изготовленные клинья разного размера. Работа сопровождалась музыкой. Главным подъемным приспособлением египтян была наклонная плоскость - рампа. Остов рампы, то есть ее боковые стороны и перегородки, на небольшом расстоянии друг от друга пересекавшие рампу, строились из кирпича; пустоты заполнялись тростником и ветвями.

По мере роста пирамиды рампа надстраивалась. По этим рампам камни тащили на салазках таким же образом, как и по земле, помогая себе при этом рычагами. Угол наклона рампы был очень незначительным - 5 или 6 градусов. Таким образом, например, наклонная дорога к пирамиде Хафра при высоте подъема в 46 метров имела длину около полукилометра. Соответственно для сооружения более высоких пирамид приходилось строить рампу еще длиннее.

К иным приемам прибегали при подъеме длинных каменных глыб и статуй. Для этого применяли блоки. Однако поднять с помощью блоков огромные камни, какими являлись обелиски до 300 тонн весом и гигантские статуи царей, достигавшие 1000 тонн веса, невозможно.

Для установки таких статуй и обелисков приходилось проводить значительную подготовительную работу. В качестве подъемного приспособления здесь опять выступала наклонная плоскость - рампа. Прежде всего по обе стороны пьедестала возводились каменные стены. К одной из них пристраивалась наклонная плоскость, высотой несколько меньше, чем высота устанавливаемого обелиска. Все четыре стены рампы образовывали как бы кирпичный колодец. В одной из его стен на уровне земли делался сквозной коридор. Все пространство внутри засыпалось песком. Затем по наклонной плоскости втаскивали основанием вперед законченный обелиск. После этого через коридор в стене начинали выносить песок, и обелиск под собственной тяжестью начинал плавно опускаться на пьедестал, постепенно принимая вертикальное положение. После установки стена и рампа разбирались.

Широко применяя наклонную плоскость и рычаг, древние египтяне, кажется, не задумывались о законах, которые лежат в основе простых механизмов. По крайней мере, до нас не дошло ни одного вавилонского или египетского текста с описанием их действия. Эту работу провели только ученые Древней Греции. Классические расчеты действия рычага, наклонной плоскости и блока принадлежат выдающемуся античному механику Архимеду из Сиракуз. Архимед изучил механические свойства подвижного блока и применил его на практике. По свидетельству Афинея, "для спуска на воду исполинского корабля, построенного сиракузским тираном Гиероном, придумывали много способов, но механик Архимед один сумел сдвинуть корабль с помощью немногих людей; Архимед устроил блок и посредством него спустил на воду громадный корабль; он первый придумал устройство блока".

Из этого свидетельства видно, что Архимед не только изучил свойства простых механизмов, но и сделал следующий шаг - стал сооружать на их основе более сложные машины, преобразующие и усиливающие движение. Возможно, что корабль ему удалось сдвинуть с помощью системы подвижных и неподвижных блоков (подобной современным талям), используя которые можно многократно увеличить прилагаемое усилие.

Когда на родной город Архимеда напали римляне, он применил свои знания в военной технике. По его чертежам сиракузяне построили множество самых разнообразных боевых машин. Среди них были метательные орудия; поворотные краны, низвергавшие на римские корабли огромные камни; привязанные к цепям железные лапы, которые захватывали и переворачивали вражеские корабли.

Автор: Рыжов К.В.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Гончарство

▪ Аккумулятор

▪ Фотоаппарат Polaroid

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 15.07.2025

Вопрос о том, сколько нужно спать, чтобы чувствовать себя отдохнувшим, волнует миллионы людей по всему миру. Общепринятая рекомендация - восемь часов сна - давно стала стандартом, однако недавние исследования ставят под сомнение ее универсальность. Оказалось, что продолжительность здорового сна зависит не только от биологии, но и от культурных и социальных условий. Американские ученые провели масштабное исследование, охватившее около пяти тысяч человек из двадцати стран. Полученные данные выявили значительные различия в продолжительности сна в зависимости от места проживания. Например, в Японии средний человек спит всего около шести часов с небольшим, тогда как во Франции этот показатель приближается к восьми. Канадцы, в свою очередь, в среднем спят по семь с половиной часов. Один из руководителей исследования, профессор социальной и культурной психологии Стивен Хайне из Университета Британской Колумбии, подчеркивает, что универсального стандарта сна не существует. По его словам, ...>>

Компьтерная оценка состояния культурных растений 15.07.2025

Современное сельское хозяйство переживает технологическую революцию, и одной из ключевых задач становится точная диагностика состояния растений. Устойчивость к климатическим изменениям, экономное использование ресурсов и повышение урожайности требуют новых подходов. Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме предложили инновационное решение, объединив возможности дронов и искусственного интеллекта. Традиционные методы дистанционного анализа в агросекторе сталкиваются с ограничениями: они не всегда способны точно определить комбинированный стресс у растений, возникающий, например, при одновременном дефиците влаги и азота. Чтобы преодолеть это, израильские ученые оснастили дроны сложной системой сенсоров - гиперспектральными, тепловыми и RGB-камерами. Эти камеры не просто фиксируют изображение, но и собирают обширные данные о состоянии листвы, позволяя "увидеть" скрытые признаки стресса, незаметные невооруженному глазу. Для обработки полученных изображений и сигналов был ...>>

Особенности восприятия старости 14.07.2025

Понятие старости зачастую оказывается субъективным и подвижным: то, что кажется "преклонным возрастом" в юности, в зрелости уже воспринимается иначе. Исследования показывают, что границы старения не столько определяются биологическим возрастом, сколько зависят от психологического восприятия и отношения к собственному телу и уму. Недавнее исследование, проведенное в США среди двух тысяч человек старше сорока лет, позволило ученым определить, в каком возрасте американцы начинают ощущать себя "старыми". Оказалось, что чувство старения в среднем наступает уже к 47 годам, а заметная обеспокоенность внешними возрастными изменениями - примерно к пятидесяти. Это тот момент, когда люди чаще начинают замечать морщины, снижение тонуса кожи и общую усталость. На фоне этих внешних изменений многие участники признались, что испытывают тревогу по поводу когнитивного спада. Более половины респондентов признались, что хотя бы раз в день забывают, что собирались сказать, а четверть - теряют мысль ...>>

Случайная новость из Архива Бактериальные чернила для 3D-принтера 13.12.2017 Технология трехмерной печати позволяет использовать в качестве "чернил" самые разные вещества. И действительно, в последнее время что только не загружают в 3D-принтеры, начиная от хитроумных термо- и светочувствительных полимеров, из которых делают предметы, меняющие форму при изменении температуры или освещенности, и вплоть до белков, из которых создают полусинтетические органы. Более того, время от времени исследователи пытаются напечатать что-то прямо из живых клеток. Но пока что клеточная печать далеко не продвинулась, по той простой причине, что наши клетки, которых от внешней среды ограждает всего лишь двуслойная липидная мембрана, не выдерживают условий метода и гибнут. Ну а если взять не клетки человека и животных, а бактерий? У них ведь кроме мембраны есть еще достаточно мощная клеточная стенка, и вообще бактерии не так чувствительны к экстремальным воздействиям, как клетки эукариот, так что вполне возможно, что 3D-принтер они легко переживут. Чтобы печатать бактериями, для них нужно подобрать среду, в которой их они бы могли бы жить, будучи нанесенными на поверхность. В бактериальных "чернилах", созданных учеными из Массачусетского технологического института, носителем для бактерий сделали гидрогель на основе плуроновой кислоты: такой гидрогель удерживает воду с питательными веществами, позволяя клеткам жить и функционировать, и вполне подходит для 3D-принтера. Перед экспериментом бактерии проходили генетическую модификацию, которая делала их чувствительных к тому или иному веществу: если в среде появлялось нужное вещество, бактерии синтезировали флуоресцентный белок. Затем с помощью 3D-принтера на специальном эластичном материале печатали древообразный рисунок, состоящий из бактерий трех типов, реагирующих на три разных вещества (понятно, что принтер позволяет смешивать и чередовать "чернила" так, как нам вздумается). Получившийся рисунок приклеивали к человеческой руке, которую перед тем смочили раствором с тремя видами сигнальных молекул - и в итоге рисунок на руке начал светиться: разные бактерии почувствовали каждая свое вещество и сделали в ответ флуоресцентный белок. Бактериальные "3D-чернила" позволяют печатать с очень высоким разрешением - до 30 микрометров, что, в свою очередь, наводит на мысль о бактериальных микросхемах, в которых группы бактерий выполняют логические операции, подобно микросхемам в компьютере.

Другие интересные новости:

▪ 100-вольтовый регулятор напряжения LM5008

▪ Луна, дожди и землетрясения

▪ Космический танкер

▪ Суперпозиция электронного состояния изменила свойства тормозного излучения

▪ Новый HP Chromebook 14

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Генералы всегда готовятся к прошлой войне. Крылатое выражение

▪ статья Чем страдал Дальтон? Подробный ответ

▪ статья Центрозема опушенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Синий лак для стали. Простые рецепты и советы

▪ статья Свеча-путешественница. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025