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:

▪ Колесо и повозка

▪ Паровая турбина

▪ Дизельный двигатель

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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Визуальный процессор нового поколения Movidius Myriad 2 10.08.2014 В начале 2014 г. компания Movidius представила Myriad-1 - своей первый визуальный процессор (VPU - Vision Processing Unit в терминологии компании). Этот чип Google использовала в смартфоне Project Tango, который вызвал большой интерес публики. Теперь Movidius представила свой VPU нового поколения Myriad-2, который появится в коммерческих продуктах в следующем году. В то время как Myriad-1 создавался с целью как можно раньше дать в руки разработчиков возможности VPU, главная задача Myriad-2 - повысить производительность без ущерба энергоэффективности. Стоит отметить, что новый чип обратно совместим с Myriad-1, так что любой существующий код будет работать на нем без каких-либо модификаций, но гораздо быстрее благодаря ряду глубоких аппаратных оптимизаций Movidius. Второе поколение VPU от Movidius использует смесь аппаратных блоков с фиксированной функциональностью и программируемых блоков, тогда как первое поколение полагалось целиком на программируемые блоки. Понятно, что простые небольшие блоки, исполняющие определенные функции, могут существенно увеличить производительность, не повышая при этом энергопотребление. В свою очередь, более сложные программируемые блоки обычно менее эффективны в решении простых задач. Компания отмечает, что Myriad-2 получил 12 основных ядер, тогда как чип предыдущего поколения включал 8 ядер. Вдобавок к росту числа блоков, их рабочая частота была повышена более чем втрое: со 180 МГц до 600 МГц. Совокупная вычислительная производительность чипа достигает 2 Терафлопс (очень теоретическая цифра, учитывающая работу блоков с фиксированной функциональностью), при этом энергопотребление составляет всего 500 мВт, так что Myriad-2 можно использовать в мобильных устройствах. Задействовать мощь чипа Myriad 2 можно при помощи открытого API OpenCL. Как отмечает производитель, главная задача VPU - обеспечить съемку мобильными устройствами фотографий с качеством, близким к зеркальным камерам. Использовать в мобильных устройствах большую матрицу и массивные объективы невозможно, так что все это должны заменить технологии вычислительной фотографии. Задача состоит в том, чтобы реконструировать визуальную информацию при помощи алгоритмов и дополнительных данных (многокадровой съемки, второй камеры, статистики и так далее). На каждом кадре - миллионы пикселей, поэтому нужны большие вычислительные мощности для обработки данных. Однако, если речь идет о мобильных устройствах, то следует думать и об энергопотреблении. Среди других направлений использования Myriad 2 могут быть 3D-сканирование, 3D-моделирование, 3D-реконструкция и так далее - не зря Google использовала такой чип в своем визуальном смартфоне Tango. Например, такие смартфоны смогут на основе фотографии предоставлять точные размеры окружающих предметов, что может быть полезно при покупке мебели. VPU также могут применяться и в других системах, где важны технологии обработки визуальных данных: наблюдение, безопасность автомобилей, робототехника и развлечения, то есть везде, где есть камеры.

Другие интересные новости:

▪ Вертикальная ветряная мельница Eolic Wall Turbine

▪ Молчание сверчков

▪ Кормление птиц укрепляет душевное здоровье

▪ Луна стала ярче, Солнце потускнело

▪ Найдены таблетки от лени

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Большая энциклопедия для детей и взрослых. Подборка статей

▪ статья Играть на разрыв аорты. Крылатое выражение

▪ статья Какое право получили в подарок футболисты сборной СССР за победу в Кубке Европы 1960 года? Подробный ответ

▪ статья Слесарь по ремонту автомобилей. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Печатаем струйным принтером на CD и DVD. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ. Расстояния между проводами и между проводами и тросами по условиям пляски. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026