Природні та штучні системи в середовищі життя людини
Тема 3. Рукотворні системи
§19. ПРОСТІ ТА СКЛАДНІ МЕХАНІЗМИ
Тисячі років люди працювали, використовуючи переважно силу власних м’язів. Але можливості м’язів людини обмежені. Найсильніші люди планети можуть підняти вантажі масою 200-250 кг, прикладаючи відповідно при цьому силу 2000-2500 Н. А як піднімали важкі кам’яні брили, з яких будували піраміди в Єгипті, колони, куполи та дзвони під час зведення храмів?
Навіщо потрібні прості механізми
Отже, вже в далекі часи виникла
Мал. 104. Використання простих механізмів у будівництві
Пристрої, призначені для збільшення сили чи зміни її напрямку, дістали назву механізми. Щоб полегшити свою працю, тобто отримати виграш у силі, людина винайшла, виготовила та почала використовувати такі прості механізми, як важіль, блок, коловорот, похилу площину, клин, гвинт, колесо та інші. За допомогою таких механізмів
Набагато легше переміщувати вантажі, поставивши їх на колеса, колоти кам’яні брили або дерев’яні колоди, користуючись клином – трикутним шматком дерева чи металу. І нині важкі речі, як-от: камені, ящики, навіть автомобілі, людина здатна підняти за допомогою довгого дерев’яного чи металевого стержня або дошки, що мають точку опори, – важеля (мал. 105). За принципом важеля працює криниця (мал. 107,2), народна назва якої “журавель”. Щоправда, важіль має недолік – за допомогою цього простого механізму вантажі не можна підняти на значну висоту.
Мал. 105. Приклади використання важелів (1), клина (2), колеса (3)
Інший простий механізм – блок не має такого недоліку. Блок виготовляють у вигляді колеса із заглибиною для мотузки чи ланцюга (мал. 106). Якщо блок закріпити на потрібній висоті і перекинути через нього мотузку або ланцюг, то піднімати вантажі буде зручніше і швидше. Проте блок не дає виграшу в силі, а лише змінює напрямок її дії. Тривалий час цей простий механізм був незамінний у будівництві. Ним і тепер користуються під час індивідуального будівництва.
У сільській місцевості воду з колодязів зазвичай дістають за допомогою коловорота (мал. 107, 1). Це також простий механізм.
Мал. 106. Використання блока
Мал. 107. 1 – колодязь із коловоротом; 2 – криниця із “журавлем”
До простих механізмів належить і похила площина. Її використовують для отримання виграшу в силі під час переміщення тіл (мал. 108).
Мал. 108. Використання похилої площини
Складні механізми
Механізми, що складаються з двох або більше простих механізмів, з’єднаних між собою, називають складними механізмами. Таким складним механізмом є, наприклад, звичайні ножиці. Вони складаються з двох з’єднаних між собою важелів, заточених у вигляді клина. Ви, напевно, звернули увагу, що залежно від призначення ножиці мають різний зовнішній вигляд. У ножиць для різання паперу чи тканин леза і ручки майже однакової довжини, бо для різання цих матеріалів не
Потрібно прикладати великої сили. Ножиці для різання металу мають ручки значно довші, ніж леза. Така конструкція дає можливість збільшити силу, прикладену до ножиць, і розрізати міцний метал.
Прикладами складних механізмів, якими людина користується в побуті, є з’єднані між собою врізний замок та ручка дверей; консервний ніж, у якому використані важіль і клин; домкрат, що складається з важеля та гвинта й інші (мал. 109).
Мал. 109. Приклади складних механізмів 1 – домкрат; 2 – консервний ніж;
З – ножиці; 4 – замок; 5 – штопор; 6 – горіходавка
Підсумки
О Прості механізми полегшують працю людини. До них належать важіль, блок, коловорот, похила площина, клин, гвинт, колесо тощо.
О Прості механізми використовують не тільки для виграшу в силі, а й для зміни її напрямку.
О Складні механізми створюють, поєднавши два механізми і більше.
Сторінка природодослідника
Виконайте завдання. Дослідіть, як монета вартістю 1 копійка може підняти металеву гривню.
Для цього вам знадобляться: дерев’яна або пластмасова учнівська лінійка завдовжки 25 см, металева гривня, монета вартістю 1 копійка та олівець.
Дія 1. Покладіть лінійку на олівець так, щоб вона торкалася до нього під позначкою 8 см.
Дія 2. Металеву гривню покладіть на лінійку біля позначки 0 см.
Дія 3. Покладіть монету вартістю 1 копійка біля позначки 15 см. Чи піднялась гривня?
Дія 4. Повторіть дослід, але при цьому монету вартістю 1 копійка покладіть на лінійку біля позначки 25 см. Чи вдалося підняти металеву гривню?
Зробіть висновок, як довжина важеля допомагає отримати виграш у силі.
Сторінка ерудита
Необхідність переміщувати важкі вантажі стала поштовхом для винайдення колеса (мал. 110). Щоб зменшити тертя, під вантажі спочатку підкладали колоди і вантаж перекочували по них. Колоди, що вивільнялися, потрібно було протягом усього часу руху переносити, підкладати знову і знову під вантаж. Це створювало незручності, які зникли, коли зі стовбура дерева виготовили два суцільних колеса і з’єднали їх між собою віссю. Віссю могла слугувати рівна довга жердина. На ній також кріпився дерев’яний щит для розміщення вантажу. Так з’явився візок. З часом до нього приєднали ще одну вісь із двома колесами і візок перетворився на віз.
Мал. 110.
Близько 4000 років тому суцільне колесо замінили на легше колесо зі спицями. Дещо пізніше їх почали зміцнювати залізним ободом. Дерев’яне колесо стало зразком для виготовлення металевих коліс різних машин: велосипеда, мотоцикла, автомобіля. За обід у них править гумова шина. Для підвищення комфортності (пом’якшення ударів, плавного переміщення) шини наповнюють стиснутим повітрям.
Перевірте свої знання
1. Назвіть відомі вам прості механізми. Навіщо людина їх створює та використовує? 2. Наведіть якомога більше прикладів застосування простих механізмів. 3. Чим складні механізми відрізняються від простих? 4*. Запропонуйте варіанти розміщення трьох дітей на гойдалці, зображеній на малюнку 111.
Мал. 111. Гойдалка діє як важіль
(2 votes, average: 2,50 out of 5)