Механизмы, которые придумал человек
На каждой кухне можно увидеть мясорубку, консервный нож. В доме найдутся и пылесос, и стиральная машина. На даче топор, лопата, грабли — самые обыденные инструменты.
Заводы заполнены всевозможными механизмами — от гигантских прессов, способных работать с толстыми листами металла, до небольших автоматов, которые сортируют мелкие детали, упаковывают товары, считают и взвешивают, варят и клеят. Сложно найти область современной жизни, в которой не применяются компьютеры.
Среди механизмов, которые использует человек, есть и очень сложные, и простые. Чаще других в простых механизмах человек использует рычаг, ворот, наклонную плоскость, клин, винт и блоки. Попытаем понять, как все это работает.
Если ты хочешь перевернуть бревно, можно воспользоваться палкой, подложив под нее, например, камень. Твоя палка и будет рычагом, а подложенный камень — точкой опоры. Если расстояние от камня до бревна меньше, чем длина палки от камня до твоих рук, ты сможешь перевернуть дерево, которое без помощи рычага не смог бы даже сдвинуть с места.
Попробуем поднять бревно на веревке. На первый взгляд, если нам едва удалось перевернуть его при помощи рычага, то не то что поднять, даже приподнять его мы не можем. Здесь нам помогут блоки. Бревно поднимается, и, хотя нам приходится вытягивать в 2 раза больше веревки, мы удвоили наши усилия по подъему бревна, а ведь наши руки и спина не стали сильнее. Так устроен блок, который очень помогает в работе, когда нужно поднять что–то наверх. Например, блоки используются в подъемных кранах.
Ворот, с которым мы сталкиваемся несколько раз в день, — это дверная ручка. Убедиться в ее необходимости можно, если попытаться повернуть стержень замка вокруг своей оси, не используя ручку. Даже человек с очень сильными пальцами не сделает этого или будет прилагать неимоверные усилия. То же самое происходит при попытке повернуть сломанный ключ. Пальцы проскальзывают по стержню, но стоить зажать его пассатижами, то есть создать «временный ворот», как ключ повернется.
Другое применение ворота — заднее колесо велосипеда, соединенное со звездочкой. Воротом называют механизм подъема ведра из колодца, и в этом случае ручка, соединенная с вращающимся стержнем, конечно, тоже работает по этому принципу.
Предположим, ты хочешь отправить далеким друзьям на юг огромную глыбу льда, достаточно большую, чтобы к концу пути от нее хоть что–нибудь осталось. Ни обхватить ее руками, ни тем более оторвать от земли ты не можешь. Вот приехал грузовик, который отвезет ее на почту. Тут нам бы помог подъемный кран с его блоками, но крана нет. Зато есть доска, которую одним концом можно положить на кузов грузовика, а другим поставить на землю так, чтобы получился пологий скат. Теперь по этой доске можно задвинуть глыбу в грузовик. Несложное приспособление, но без него трудно обойтись.
Если совместить две наклонные плоскости, то получится клин. Для того чтобы поднять ту же ледяную глыбу на высоту борта грузовика, мы можем, не передвигая ее, забить под нее постепенно расширяющийся деревянный брусок, который называют клин. Клин удобно использовать для того, чтобы расколоть узловатое полено, и так действительно делают, когда колют дрова. Клин используется в плуге, который входит в землю, клин — это острие ножа, бритвы и других режущих инструментов.
Если наклонную плоскость обвить вокруг какого–нибудь цилиндра, то получится винт. Можно рассмотреть болт, шуруп, штопор, чтобы понять, что именно имеется в виду. Винт тоже используют для подъема тяжелых предметов, например в домкрате. Гайка делает довольно много оборотов, прежде чем сместится на заметную высоту. Таким образом, гайка или груз, который на нее опирается, проходит гораздо более длинный путь по спирали винта, чем если бы мы просто попытались поднять груз вверх. Мы как бы затаскиваем этот груз по длинной наклонной плоскости. Это позволяет сэкономить много сил, и самый слабый водитель оказывается способным поднять машину за один угол, что ему и приходится делать каждый раз, когда нужно заменить колесо.