Горизонты техники для детей, 1963 №2 (9)

Это изречение вполне оправдано, так как можно вызвать большие силы, достаточные даже для того, чтобы поднять земной шар, если найти соответствующую точку опоры. Знает об этом сегодня (конечно, теоретически), а во всяком случае должен знать каждый ученик, ибо вся тайна сводится к принципу действия рычага.

Рычаг, а им может быть каждый жесткий стержень, опирающийся в некоторой точке, позволяет нам уравновешивать и даже преодолевать большие силы, прилагая при этом совсем маленькие силы. Примером рычага может быть крепкая доска, соответственно положенная на какой-нибудь предмет. На рис. 1 вы видите на одном конце доски огромного толстяка (весит, наверное, сто с лишним килограммов), а на другом — маленькую девочку. Всё же толстяк не перевешивает: рычаг находится в уравновешенном состоянии.

Нетрудно понять, в чем здесь дело. Точка опоры находится гораздо ближе к толстяку, чем к девочке. Хороший физик скажет, что плечо силы тяжести толстяка короче плеча силы тяжести девочки. Принцип действия уравновешенного рычага формулируется очень просто: произведение силы, действующей на одно плечо рычага на длину рычага равно произведению силы, действующей на второе плечо рычага на длину этого рычага. Итак, вес девочки (допустим 20 кг), умноженный на длину левого плеча (200 см), равен весу толстяка (пусть 100 кг!), умноженному на длину правого рычага (40 см). Проверьте результат:

20 кг х 200 см = 100 кг х 40 см

Таким образом, увеличивая плечо действия силы, можем почти неограниченно уменьшать силу, необходимую для преодоления другой, иногда огромной силы. Девочка весит в пять раз меньше толстяка, следовательно плечо рычага, на которое действует сила её веса, должно быть в пять раз длиннее плеча, на которое действует сила веса толстяка.

Если вы хотите поднять, какой-нибудь груз, прикладывая в сто раз меньшую силу, чем сила тяжести этого груза, вам достаточно приложить свою небольшую силу к плечу, в сто раз более длинному, чем плечо, к которому приложена сила тяжести большого груза.

Принцип рычага находит применение во многих машинах и устройствах, а знать его очень полезно. Одним из практических применений этого принципа является подъемный блок. Вы его часто видите на стройках, где он служит рабочим для поднятия вверх небольших количеств строительных материалов (например, строительного раствора). Это очень удобное устройство. Оно освобождает от ходьбы с грузом по лестнице наверх. Поднимается только груз, а рабочий стоит внизу и тянет веревку.

На первый взгляд блок не имеет ничего общего с рычагом. Но внимательно присмотревшись, сможем и здесь найти принцип действия рычага. Проведем линии, как на рис. 2.

Сила, с которой рабочий тянет веревку, приложена к одному плечу рычага; вес ведра с раствором — к другому плечу. Плечи рычага в данном случае одинаковы, ибо точка опоры этого немного необычного рычага находится посередине шкива. Для уравновешивания блока (рычага) надо тянуть веревку с силой, равной весу ведра с раствором. Чтобы поднять груз, а тем самым привести во вращение шкив, силу к веревке надо прилагать немного большую, чем вес груза, ибо существует трение в подшипнике шкива и его надо преодолеть, поднимая груз вверх. Дополнительная сила невелика, и мы можем сказать, что шкив не изменяет величины силы, а изменяет только направление её действия; веревку тянем вниз, а груз поднимается вверх.

Если вы заметили в блоке принцип действия рычага, поймете также принцип работы следующих приспособлений, в которых имеется подъемный блок.

Мы говорили о неподвижном блоке. Существует ещё другой тип блока — подвижный блок. И он действует по принципу рычага, только дело обстоит здесь совсем по-другому. В то время, как в рассматриваемых ранее примерах, точка опоры рычага находилась посередине шкива, сейчас её надо представить себе на окружности шкива, что обозначено на рис. 3.

Теперь наш рычаг является одноплечим рычагом, в отличие от ранее рассматриваемого — двуплечего. В подвижном блоке вес груза — сила тяжести груза — действует на более короткое плечо — радиус шкива, а сила, с которой мы тянем веревку, действует на более длинное плечо — диаметр шкива. Так как диаметр в два раза больше радиуса, по принципу уравновешенного рычага подсчитаем без труда, что для поднятия груза весом, например, 100 кг достаточно приложить силу 50 кг.

Вот как выглядит уравнение:

100 кг х  R = 50 кг х 2R

где: R — радиус шкива/

Итак, мы выигрываем|на силе, а зато проигрываем на расстоянии. Заметьте, что груз поднимается только на половину того расстояния, на которое передвинется наша рука, тянущая веревку вверх.

Подвижный блок неудобен: груз подвешивает один человек внизу, а тянет его к себе рабочий, находящийся выше. Это неудобство можно устранить путем сочетания подвижного блока с неподвижным, создавая, таким образом, новое приспособление, изображенное на следующем рисунке. Прилагаемая нами сила двукратно уменьшается за счет увеличения дважды пути. Такой блок называется двушкивным.