Юный механик с 27 рисунками (Бомар) 1927 год - старые учебники

На перекладину положим доску так, чтобы перекладина П приходилась как раз посередине доски, а чтобы доска не ерзала—прикрепим ее к столбикам СС гвоздями, по одному с каждой стороны. Если гвозди достаточно длинные, то нет надобности забивать их до самого конца; достаточно вбить их только так, чтобы они прошли через столбики СС и хоть немного вошли в доску, лишь бы доска не двигалась взад и вперед.

Таким образом мы получили качели, изображенные на рисунке 1.

Ты станешь на один конец доски, твой товарищ пусть станет на другой конец.

Нажми сначала ты всей своей тяжестью на конец доски, потом пусть он нажмет. Вы будете по-очередно друг друга поднимать. 1

Сделать такие качели очень легко самому, и вероятно каждый пионер неоднократно на таких качелях качался. Но вот, наверно, многие сильно удивятся, если им сказать, что с помощью таких качелей один пионер может поднять сразу несколько своих товарищей—двоих, троих и даже больше.

Для этого сделаем 'с нашими качелями вот что.

1 Предполагается, конечно, что ты и твои товарищи как в этом опыте, так и в последующих приблизительно равного веса.

Положим ту же самую доску на прежнюю перекладину П, только положим ее не посередине, как в первом случае, а так, чтобы одна сторона доски была длинная, а другая—короткая.

Пусть, напр., с одной стороны будет четверть доски, а с другой—три четверти. (Рис. 2).

Рис. 2

Пусть теперь на короткую сторону сядут три твоих товарища. Они, конечно, будут смеяться, если ты скажешь, что ты один поднимешь их троих. А

между тем это несомненно так, и они сейчас в этом убедятся.

Влезь на перекладину и медленно иди на конец длинной части доски.

Когда ты будешь подходить к самому концу

доски, ты заметишь, как постепенно, мало - помалу ты начнешь их поднимать. Если, встав на самый конец доски, ты сильно нажмешь, то может статься,

что ты их совсем перетянешь: они поднимутся на верх, а ты опустишься до земли.

Видишь! Ты оказался прав. Ты, наверно, и сам удивляешься, как

это могло случиться, что ты один перетянул троих? Давай разберем, в чем тут дело, а потом уже будем производить наши опыты дальше.

Для наглядности объяснения сделаем упрощенный рисунок, или, как такие упрощенные рисунки принято называть, схему наших качелей.

Представь себе на рисунке 3, что линия ДД изображает доску, на которой ты только что ка-чался, кружок П—перекладину, а линия ПС— наш столбик.

Приспособление, подобное тому, которое ты соорудил в виде качелей, носит в механике название рычага. В этом случае ПС называется опорой, П называется точкой опоры. Самая же доска f которая у нас на схеме изображена линией ДД, и есть собственно рычаг.

Ты один оказался способен поднять и даже перевесить трех товарищей.

С первого взгляда это может показаться удивительным: пойми только—ты один поднял,J должно быть, не меньше, чем на полметра от земли трех товарищей. Каждый из них весит, конечно, не меньше, чем 32—35 килограмм. Следовательно, ты поднял на высоту полметра около 100 килограмм.

Разве ты смог бы это сделать без нашей доски? Конечно, нет.

С помощью доски-рычага ты это сделал без всякого усилия. Чтобы лучше понять, почему ты один оказался в состоянии поднять трех твоих товарищей, разберем действие рычага немного по-дробнее. Рычаг представляет собою одну из простейших машин, и в нашем опыте доска-рычаг сы-грала роль машины.

Вообще, каждое промежуточное приспособление, служащее для преодоления какой-нибудь силы, и есть, собственно, машина. Сила, которую нужно посредством машины преодолеть, называется

сопротивлением (или силой сопротивления).

Сила, которая действует для преодоления сопротивления, называется движущей силой.

В разобранном нами случае ты воспользовался доской, служившей рычагом, для того, чтобы преодолеть сопротивление, которое оказывали тебе три твоих товарища или, вернее, их общий вес.

Чтобы в дальнейшем ты мог правильно, как настоящий образованный механик, разбираться в рычаге—ты непременно должен запомнить несколько названий.

Про точку опоры ты уже знаешь. Теперь запомни еще, что те места на доске, где сидел ты и твои товарищи, т.-е. где действует сопротивление и движущая сила, называются точками приложения силы, а расстояние от этих точек до точки опоры называется плечами рычага.

На рисунке 3, если представить себе, что ты и твои товарищи помещались в точках Д и Д, эти точки будут точками приложения силы, а Д/7 справа и ДП слева будут плечами нашего рычага.

Если сопротивление и движущая сила расположены по разные стороны от точки опоры, как на рисунке 3, то такой рычаг называют рычагом первого рода, в отличие от рычага второго рода, о котором будет речь впереди.

Мы видели, что, когда доска была положена посередине, то ты и твой товарищ, с которым ты в первый раз качался, вы поочередно то поднимали, то опускали друг друга.

Если бы в первом опыте на твою сторону стал еще один товарищ, то вас двоих твой товарищ поднять оказался бы не в силах, как бы он ни старался.

Во втором же случае, когда твоя сторона была больше (рис. 2), или, как мы теперь с тобой мо-жем выразиться по-ученому, плечо рычага с твоей стороны было длиннее, ты один оказался в состоянии поднять троих ребят, весящих вместе, вероятно, втрое больше, чем ты.

Значит, как видно, твоя возможность поднять одного или нескольких товарищей при помощи до-ски-рычага зависит от длины плеч этого рычага. Кроме того, мы на разобранных примерах убедились, что чем длиннее плечо, тем большее сопротивление мы можем преодолеть.

Или, наоборот, можно сказать, что для преодоления одного и того же сопротивления нужна тем меньшая сила, чем больше плечо, на которое действует движущая сила.

Если к действию наших качелей-рычага, как они изображены на рис. 3, приглядеться внимательнее, то станет заметной одна особенность, которая, в конце концов, раз‘ясняет, откуда у тебя появилась сила поднять троих товарищей. Пусть линия ДД изображает положение качелей до того, как на правый конец встал ты, а на левый—три твоих товарища. Линия дд пусть изображает положение качелей после того, как ты, придя на конец доски, перевесил их троих.

Посмотрим, на какую высоту ты их поднял и с какой высоты ты сам опустился, или, как говорят в механике, какой путь прошел ты и какой путь прошли твои друзья.

Легко заметить, что в то время, как ты, опустившись из Д в д, прошел путь Дд, твои друзья, поднявшись из Д в д, прошли путь Дд значительно меньший, чем ты.

Если бы ты захотел проверить, во сколько раз высота, с которой ты спустился, больше высоты, на которую ты поднял товарищей, то убедился бы, что она во столько раз больше, во сколько вес троих твоих друзей больше твоего веса.

Если считать, что вес троих твоих товарищей больше твоего веса в три раза, то ты поднимешь их на высоту втрое меньшую, чем та, на которую ты опустился. Если бы ты захотел их поднять на такую же высоту, на какой находился ты сам, то увидел бы, что этого при помощи нашей машины качелей сделать невозможно, какой бы длины твое плечо ни взять.

Следовательно, в рычаге небольшая сила—сила движущая, в данном случае ты — проходит большой путь; большая сила—сила сопротивления, твои товарищи— проходит малый путь.

То же самое можно было бы сказать так: с помощью рычага можно небольшой движущей силой преодолеть большое сопротивление, или поднять большой груз, но высота, на которую поднимется этот груз, будет во столько раз меньше высоты, на которую опустилась движущая сила, во сколько сопротивление больше движущей силы.

Если бы ты захотел сказать то же самое математическим языком, то нужно было бы сказать, что произведение силы сопротивления на пройденный ею путь равно произведению силы движущей на пройденный ею путь.

В нашем примере:

Сила сопротивления—вес троих твоих товарищей —96 кг, высота, на которую ты их поднял от земли—полметра, сила движущая—твой вес-32 кг, высота, на которую ты опустился — полтора метра.

Руководствуясь ранее сказанным, мы можем написать, что 96 кг X полметра должны быть равны 32 кгХПОАТОРа метра. А это действительно так и есть, т.-е.:

96 кг X полметра — 48 килограммометров.

32 кг ХполтоРа метра = 48 „

Произведение из величины силы (килограмм) на путь (метр) называется в механике работой силы.

Таким образом, килограммометр выражает величину работы силы. Применяя понятие работы силы к нашему примеру, мы можем сказать, что работа движущей силы равна работе сопротивления. А отсюда ясно, что рычаг, как и всякая другая машина, никакой работы создать не может, а только преобразовывает одну работу в другую.

Основной закон действия рычага, а как увидим в дальнейшем, и всех простых машин состоит в том, что все, что мы выигрываем в силе, мы теряем в скорости, и наоборот. Что это значит? Это значит, что малая сила может поднять большой груз медленно большая сила может поднять малый груз быстро.

Из всего этого можно вывести, например, такое заключение, что ты один мог бы поднять не только троих товарищей, а, скажем, 10 или 15. лишь бы твое плечо, т.-е. та часть доски, на которой будешь стоять ты, было достаточно длинным, а кроме того, конечно, они поднимались бы очень медленно и ты сам совершил бы гораздо больший путь, чем они.

Такое заключение будет совершенно справедливым, надо только помнить, что для такого опыта, если бы ты захотел его произвести, нужны достаточно прочные доска, перекладина, столбики и проч.

Однако, не подумай, что рычаг, которым мы с тобой только что занимались, может служить исключительно для нашего с тобой развлечения. Конечно, нет. Мы выбрали такие примеры только для того, чтобы, во-первых, тебе было более понятно все то, о чем идет речь, а во-вторых, чтобы ты, проделав описанные опыты, наглядно убедился во всех выгодах, которые представляет рычаг.

В повседневной жизни, в работе, рычаг применяется рабочими для подъема тяжестей на небольшую высоту.

В этих случаях пользуются самыми различными приспособлениями.

Если с земли нужно поднять какую-нибудь тяжесть на очень небольшую высоту или просто сдвинуть ее с места, то пользуются рычагом в его самом простом виде, совсем так же, как ты пользовался доской для подъема твоих товарищей. Подсовывают под тяжесть доску или рельсу, или что-либо подходящее, опирают ее на какое-нибудь бревно и нажимают на конец этой доски или рельсы, и этим самым тяжесть поднимается.