Фрагмент из книги “Физика в быту”
Простейшие механизмы
Слово «механизм» в переводе с греческого означает приспособление, устройство. Для облегчения своего труда человек изобрел и продолжает изобретать различные механизмы. Они позволяют человеку тратить меньше усилий на изготовление того или иного предмета, сокращать время на их изготовление и улучшать качество.
Одними из первых устройств для облегчения трудовой деятельности человека были простейшие механизмы. Принцип действия простейших механизмов основан на рычаге или наклонной плоскости. Используются простейшие механизмы для того, чтобы прикладывая небольшое усилие получить значительное его увеличение. Рассмотрим более подробно простейшие механизмы основанные на действии рычага (часто называемый рычаг Архимеда). Рычаг – это стержень, который может вращаться вокруг неподвижной точки, называемой точкой опоры.
В одном из рассказов этой книги Владик объяснял Стасику принцип действия рычага Архимеда, а здесь напомним «золотое правило» механики.
Неподвижный блок
Неподвижный блок представляет равноплечный рычаг. Неподвижный блок конструктивно состоит из колеса с неподвижной осью вращения с переброшенной че6рез него веревкой . Прикладывая вниз силу F_1 , к грузу приложена сила F_2, поднимающая его вверх. Так как рычаг равноплечный, то сила〖 F〗_1 будет равна силе F_2, то есть: 〖 F〗_1= F_2. Таким образом, неподвижный блок выигрыша в силе не даёт, однако изменяет направления силы. Веревку с грузом удобнее тянуть вниз, чем тянуть вверх.
Неподвижный блок конструктивно состоит из колеса с неподвижной осью вращения с переброшенной че6рез него веревкой. Прикладывая вниз силу F_1 , к грузу приложена сила F_2, поднимающая его вверх. Так как рычаг равноплечный, то сила〖 F〗_1 будет равна силе F_2, то есть: 〖 F〗_1= F_2. Таким образом, неподвижный блок выигрыша в силе не даёт, однако изменяет направление силы. Веревку с грузом удобнее тянуть вниз, чем тянуть вверх.
Подвижный блок
Подвижный блок имеет подвижную ось вращения с переброшенной веревкой через него, причем один конец веревки закреплен неподвижно. Таким образом подвижный блок представляет неравноплечный рычаг. Прикладывая силу 〖 F〗_1 направленную вертикально вверх получим силу F_2, в два раза больше, чем приложенная сила 〖 F〗_1, то есть F_2 = 2F_1.
Для поднятия груза в подвижном блоке, приложенное усилие направлено вверх, но это не очень удобно для человека, поднимающего груз. Поэтому совмещают подвижный и неподвижный блоки в единый механизм. Такой механизм называется полиспастом. Полиспаст позволяет поднимая груз вверх увеличить подъёмную силу в два раза используя подвижный блок , а приложенное усилие направить вниз , как применяя подвижный блок. Используя полиспаст можно подъёмную силу увеличить в несколько раз (до 10 раз). Дальнейшее увеличение подъёмной силы нецелесообразно вследствие усложнения и утяжеления его конструкции.
Сложный полиспаст
Ворот
Ворот представляет барабан (А) радиуса r, который вращается рукояткой (Б) с радиусом R. На барабан наматывается веревка с грузом на конце. К рукоятке ворота приложена сила Р. В этом случае выигрыш в подъёмной силе (Q) получается во столько раз, во сколько радиус рукоятки больше радиуса барабана.
Наклонная плоскость
Наклонная плоскость – это плоская поверхность, расположенная под углом к горизонту. Применение наклонной плоскости целесообразно там, где надо поднять груз на некоторую высоту. Наклонная плоскость позволяет переместить груз без его поднятия.
Чем более пологая наклонная плоскость, тем меньше надо прикладывать внешнее усилие (силу), но мы проигрываем в расстоянии: тем больший путь проходит груз по наклонной плоскости.
Клин
Одной из разновидностей наклонной плоскости является клин. Он представляет собой призму с острым углом. При колке дров мы прикладывая вертикально силу, а за счет клина она меняет свое направление и раскалывает полено.
Винт (шуруп, шнек)
Винт, так же как и клин, является разновидностью наклонной плоскости, как простейшего механизма. Винт имеет специальную винтовую нарезку и головку. Нарезка выглядит как винтовая лестница. Вращая головку винта он, например, вкручивается в доску, то есть вращательное движение преобразуется в поступательное. За один оборот винта вокруг своей оси он поступательно продвигается на величину шага винта.
Винт
Винтовая лестница Шуруп вкрученный в доску Шнек для подачи воды
Познавательная
Автор публикации
