«Двигатели прогресса»: 6 простых механизмов, существенно облегчающих работу всего на свете

Колесо считается одним из самых значительных изобретений в истории человечества. «До изобретения колеса в 3500 году до нашей эры люди были сильно ограничены в том, сколько вещей мы можем транспортировать по суше и как далеко», — как ранее сообщал Live Science. Колесные тележки облегчили сельское хозяйство и торговлю, позволив перевозить товары на рынки и с рынков, а также облегчив бремя людей, путешествующих на большие расстояния.

Колесо значительно снижает трение, возникающее при перемещении объекта по поверхности. «Если вы поместите свой шкаф на небольшую тележку с колесами, вы можете значительно уменьшить усилие, необходимое для перемещения шкафа с постоянной скоростью», — утверждают в Университете Теннесси.

В дополнение к уменьшению трения колесо и ось также могут служить множителем силы. Если колесо прикреплено к оси и для поворота колеса используется сила, вращающая сила или крутящий момент на оси намного больше, чем сила, приложенная к ободу колеса. В качестве альтернативы к оси можно прикрепить длинную ручку для достижения аналогичного эффекта.

«Дайте мне рычаг и точку опоры, и я переверну мир». Это хвастливое заявление приписывается греческому философу, математику и изобретателю третьего века Архимеду. Хотя это может быть некоторым преувеличением, оно действительно выражает силу рычага, который, по крайней мере фигурально, движет миром.

Гениальность Архимеда заключалась в том, что он осознал, что для выполнения того же количества или работы можно найти компромисс между силой и расстоянием, используя рычаг. Его Закон Рычага гласит: «Величины находятся в равновесии на расстояниях, обратно пропорциональных их весам».

Рычаг состоит из длинной балки и точки опоры, или стержня. Механическое преимущество рычага зависит от соотношения длин балки по обе стороны от точки опоры.

Наклонная плоскость — это просто плоская поверхность, поднятая под углом, как пандус. По словам Боба Уильямса, профессора кафедры машиностроения Инженерно-технологического колледжа Расса в Университете Огайо, наклонная плоскость — это способ подъема груза, который слишком тяжел, чтобы поднимать его прямо вверх. Угол (крутизна наклонной плоскости) определяет, какое усилие необходимо для подъема груза. Чем круче пандус, тем больше усилий требуется.

Если мы хотим поднять килограмм 50 веса с помощью веревки, мы могли бы прикрепить шкив к балке над весом. Это позволило бы нам тянуть веревку вниз, а не вверх, но для этого все еще требуется 50 кг силы. Однако, если бы мы использовали два шкива — один прикрепленный к верхней балке, а другой прикрепленный к грузу, — и мы должны были бы прикрепить один конец веревки к балке, пропустить его через шкив на грузе, а затем через шкив на балке, нам нужно было бы только тянуть за веревку с 25 кг силы, чтобы поднять вес. Опять же, мы променяли увеличение расстояния на уменьшение силы.

«Винт — это, по сути, длинная наклонная плоскость, обернутая вокруг вала, поэтому к его механическим преимуществам можно подходить так же, как и к наклону», — утверждают в Университете штата Джорджия. Во многих устройствах используются винты для приложения усилия, которое намного больше, чем усилие, используемое для поворота винта. К таким устройствам относятся слесарные тиски и зажимные гайки на автомобильных колесах. Они получают механическое преимущество не только от самого винта, но и, во многих случаях, от рычага длинной ручки, используемой для поворота винта.

По данным Института горного дела и технологий Нью-Мексико, «клинья представляют собой движущиеся наклонные плоскости, которые перемещаются под грузом для подъема или в груз для разделения или разделения». Более длинный и тонкий клин дает больше механических преимуществ, чем более короткий и широкий клин, но клин делает еще кое-что: основная функция клина заключается в изменении направления входной силы. Например, если мы хотим расколоть бревно, мы можем с большой силой вбить клин вниз в конец бревна, используя кувалду, и клин перенаправит эту силу наружу, в результате чего древесина расколется. Другим примером является дверной упор, где сила, используемая для толкания его под край двери, передается вниз, что приводит к силе трения, которая препятствует скольжению по полу.