Рычаг, полиспаст и Архимедов винт
Древнегреческий учёный Архимед родился около 287 г. до н. э. в Сиракузах, греческой колонии на о. Сицилия. Как математик Архимед открыл число п (пи) для вычисления длины окружности по её радиусу, нашёл объём шара, применил математику для решения физических задач, например вычислил расстояние от Земли до некоторых планет. Его считают создателем механики — раздела физики, изучающего движение тел.
Открытые им физические законы Архимед-инженер применил для строительства сложных механизмов. Военные машины Архимеда два года сдерживали натиск мощного римского флота, осаждавшего Сиракузы. Архимед погиб, когда в 212 г. до н. э. Сиракузы пали из-за измены.
Я сдвину землю!
Рычаг — перекладина, лежащая на опоре, — простейший механизм, который с древнейших времён использовали для поднятия тяжестей. Архимед объяснил принцип действия рычага. Он обнаружил, что в каждом теле есть центр тяжести — точка, за которую можно подвесить это тело, чтобы оно сохранило равновесие — своё первоначальное положение. Уравновешивая концы перекладины — плечи рычага — с грузами разной массы, Архимед вывел закон рычага: во сколько раз больше масса на одном из плеч уравновешенного рычага (или сила, приложенная к этому плечу), во столько же раз это плечо должно быть короче другого. Если F — это сила, а D — длина плеча рычага, то: F1 • D1 = F2 • D2.
По преданию, Архимед, открыв этот закон, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!» Архимед сконструировал рычажные метательные машины, бросающие огромные камни. Он придумал рычажные весы, представляющие собой равноплечий рычаг: если он уравновешен, значит, вес предмета в чашке одного его плеча равен весу гирек в чашке другого плеча.
Архимедов винт
Архимед, вероятно, был изобретателем устройства для подачи воды из водоёма в вышележащие оросительные каналы. Это похожее на штопор устройство известно под названием архимедов винт и представляет собой стержень с навёрнутой него жёсткой «лентой». Вращая штопор, мы погружаем его в пробку, как бы накручивая пробку на винт штопора.
Таким же образом архимедов винт «накручивает» на себя воду. Но т. к. винт укреплён на одном месте и не продвигается в глубь воды (как штопор в глубь пробки), то вода сама поднимается по виткам вращающегося винта, а полая труба, в которую помещён винт, не даёт ей растекаться.
Облегчить ношу
Блок, вероятно, использовали ещё египтяне при строительстве пирамид. Открытие закона рычага помогло Архимеду понять принцип действия блоков и придумать сложные системы подвижных и неподвижных блоков – полиспастов (от греч. polyspastos — «натягиваемый многими веревками»).
В полиспасте неподвижные блоки дают возможность правильно выбрать угол приложения сил, а каждый подвижный блок вдвое сокращает усилия по перемещению груза. Легенда утверждает, что с помощью полиспаста собственной конструкции Архимед в одиночку подтянул к воде огромный корабль.
Применение в современной жизни
Рычаги, блоки, полиспасты, архимедовы винты — механизмы, широко используемые и по сей день, мы видим их повсюду. Детские качели, на которых катаются вниз и вверх, журавль, поднимающий ведро с водой из колодца, весы — коромысло с чашками, гаечный ключ, легко вращающий туго закрученную гайку, ножницы — это рычаги. Блоки и полиспасты используют строители в подъёмных кранах, и альпинисты в страховочных тросах, и швеи в шпульках швейных машин, моряки в корабельных снастях. С помощью архимедова винта до сих пор осушают болота, выкачивая воду. Разобрав мясорубку, вы увидите архимедов винт, продвигающий мясо к вращающемуся ножу. Сверло в дрели — тоже миниатюрный архимедов винт.
