|
Машина - блок
Взгляните на одну картину из жизни доисторического человека.
Поймал человек дикого кабана или бизона и хочет его сохранить — чтоб он не испортился. Одним концом лианы он обвязывает ноги пойманного зверя, а другой конец осторожно перебрасывает через ветку, потом тянет зверя — и помещает в холодной тени кроны дерева.
Ловкий парень. Жаль, не знаем мы, как его звали и как он выглядел; ведь его портрет стоило бы поместить в галерее знаменитых людей; а под портретом следовало бы написать, что такой-то и такой-то с такого-то года существенно способствовал прогрессу и цивилизации, ибо изобрел неподвижный блок.
Но разве уж это так важно, как именно этого человека звали ? Нас сейчас в первую очередь интересует, что такое неподвижный блок и чему он служит.
Сейчас уже это не закругленная ветка, а порядочное железное колесо с желобом, укрепленное в неподвижной обойме. По желобу колеса идет веревка, канат или цепь. На одном конце веревки помещается груз, а за другой полагается тянуть.
Надо мне, например, втащить на чердак десять килограммов моркови. Правда, я не совсем понимаю, зачем мне затаскивать морковь именно на чердак, но не в этом дело: речь ведь идет не о моркови, а о научном опыте; а ради науки, если потребуется, я затащу на чердак даже и пианино.
Итак, я затаскиваю на чердак при помощи неподвижного блока десятикилограммовый груз моркови. И если я хочу, чтоб моя корзинка с 10 кг моркови действительно стала подниматься, я должен потянуть с силой в десять килограммов.
Вполне вероятно, что вы, руководствуясь здравым смыслом, станете возражать: зачем же тогда эта машина, которая называется неподвижным блоком ? Ведь для того, чтоб поднять десятикилограммовый груз, все равно мне приходится затратить силу, равную десяти килограммам ? Выходит так-на-так. Почему тогда не взять корзинку просто-напросто в руки и не оттащить ее на чердак?
Что касается моркови, очевидно, вы правы. Без машин и проще и удобнее. Но попробуйте посоветовать строителям, чтоб они не пользовались блоком и на руках носили на четвертый этаж кирпичи или известку! Лучше, конечно, не пытайтесь. Подняли б вас на смех!
Вся соль здесь в том, что тянуть веревку вниз, конечно, с определенной затратой сил и легче и удобнее, чем поднимать тот же груз наверх, да еще на руках, да одновременно и самому подниматься. Хотя блок и не сэкономит вашего напряжения, но он все же отличается одним превосходным свойством: блок меняет направление действия силы тяги. Когда ты тянешь веревку вниз, ты ведь можешь и повиснуть на ней, поспособствовать себе всей тяжестью своего тела; а когда ты груз поднимаешь наверх, ты вольно или невольно должен поднимать и свое тело?
Десятикилограммовые грузы нам большой заботы не причинят, с помощью неподвижного блока мы можем хоть целый день забрасывать их наверх. Но если вы решите при помощи неподвижного блока втащить на четвертый этаж мешок картофеля, дело может плохо кончиться. Просто из этого ничего не получится. Одного неподвижного блока здесь мало. Действительно, мало кто из людей может при помощи неподвижного блока сдвинуть с места груз, вес которого равняется весу его собственного тела.
Неподвижный блок, разумеется, кое на что годится, но не на все: он надежно помогает нам изменить направление силы (спасибо за это!), но, увы, не помогает нам нашу силу сэкономить. Итак, если мы хотим поднять более тяжелый груз, то к неподвижному блоку мы должны прибавить еще и блок подвижный.
Еще один блок: подвижный
Неподвижный блок хотя и вращается во время работы, но вообще-то остается на месте. Обойма его укрепляется вверху неподвижно. Подвижный же блок во время работы движется.
Как мы видим, подвижный блок свободно висит на двух веревках, к блоку прикреплен крюк, и на этот крюк вешается груз. Один конец веревки укреплен неподвижно, а за другой тянут вверх.
Тянем и с удовлетворением замечаем, что подвижный блок, к которому прикреплен груз, поднимается сам и даже поворачивается. Но с еще большим удовлетворением мы замечаем, что этот поднимаемый нами груз загадочным способом стал намного легче. Для того чтобы втащить наверх десятикилограммовый груз, теперь нам стало вполне достаточно половинной силы.
А получается это потому, что груз подвешен на двух параллельных веревках и на каждую веревку, таким образом, приходится только половинная нагрузка. А поскольку мы-то имеем дело только с одной веревкой (другая прикреплена к балке), то нам, чтоб удержать груз, приходится прилагать к веревке силу, равную только половине веса груза.
Вот и вся загадка.
Достаточно посмотреть на картинку, и мы все поймем еще лучше: художник подвесил наши десять килограммов моркови на крюк подвижного блока и оба конца веревки прикрепилк балке. Без каких-либо рассуждений и доказательств мы можем признать, что каждая половинка веревки держит половину груза, то есть каждая по пять килограммов. Ну, а когда мы захотим груз поднять наверх, мы беремся только за один конец веревки, и именно эта нагрузка, собственно, падает на наши руки.
Бели мы с помощью подвижного блока захотим поднять груз на высоту одного метра, то мы должны на метр укоротить оба конца веревки. Лучше всего это получится, если мы рядом укрепим неподвижный блок и через него вытянем в общей сложности два метра веревки. Или иными словами — что-то за что-то: мы сэкономили на подвижном блоке половину силы (или напряжения), но настолько же проиграли в расстоянии. А если тянуть не особо трудно, то это уже большой роли не играет. Главное, что мы легко и просто втащили груз.
Итак, выгода подвижного блока по сравнению с неподвижным бесспорная, понятная и утешительная. Но еще лучше, когда подвижный блок комбинируется с неподвижным. Однако, если нам необходимо поднять особо тяжелый груз, то и подвижного блока в помощь неподвижному будет недостаточно. Правда, на счастье, еще давно до нас изобретательные люди думали-думали — и изобрели целую систему блоков. Система блоков — это машина, составленная из нескольких подвижных и нескольких неподвижных блоков. Она состоит из двух вилок, на каждой из которых прикреплено одинаковое количество блоков. Верхняя система блоков — это неподвижные блоки, а нижняя — подвижные. Груз подвешивается к нижнему крюку системы подвижных блоков.
Опишем деятельность самой простейшей системы блоков. В ней четыре блока: два неподвижных и два подвижных. Если мы подвесим на крюк нашу морковь, наш десятикилограммовый вес, то с помощью этой простейшей системы блоков мы сдвинем его с места силой, в четыре раза меньшей, чем наш груз, то есть с силой всего в два с половиной килограмма.
Как мы видим, груз подвешен на четырех частях веревки. И каждая часть несет четверть нагрузки. А если бы в системе блоков было шесть блоков, то достаточно было бы в шесть раз меньшей силы. А если бы он состоял из десяти, — то десятой части силы и т. д.
Конечно, само собой разумеется, что при четырехблочной системе при подъеме на метр мы должны вытянуть четыре метра веревки, потому что в четыре раза меньшая сила должна быть вознаграждена в четыре раза большим путем.
Познавательные для детей 21-11-2005
Чудо чудес 22-11-2005 Познавательные для детей
Но давайте посмотрим еще на одни камни. Перенесем свое любопытство в еще более давние времена, точнее говоря, в 28-е столетие до нашего летосчисления.Как раз вчера один мой знакомый жаловался мне, что домик, построенный его дедом, ветшает под действием времени: что-то оседает, что-то трескается, что-то становится трухлявым. Неприятное это дело. А ведь домик этот стоит у Влтавы всего-навсего пятьдесят лет.А как же пирамиды у берегов Н...
|
