ძველი დროიდან კაცობრიობა ყველანაირად ცდილობდა ხელი შეუწყოს მათ ფიზიკურ შრომას. მარტივი მექანიზმები ამ პრობლემის გადაჭრის საშუალებად იქცა. ეს სტატია განიხილავს ისეთ გამოგონებებს, როგორიცაა ბერკეტი და ბლოკი, ასევე ბერკეტებისა და ბლოკების სისტემა.
რა არის ბერკეტი და როდის გამოიყენეს?
ამ მარტივ მექანიზმს ალბათ ყველა ბავშვობიდან იცნობდა. ფიზიკაში ბერკეტი არის სხივის (ღერო, დაფა) და ერთი საყრდენის კომბინაცია. ემსახურება როგორც ბერკეტი სიმძიმეების ასაწევად ან სხეულებთან სიჩქარის გადასაცემად. სხივის ქვეშ საყრდენის პოზიციიდან გამომდინარე, ბერკეტმა შეიძლება გამოიწვიოს მომატება ძალაში ან ტვირთის გადაადგილებაში. უნდა ითქვას, რომ ბერკეტი არ იწვევს სამუშაოს, როგორც ფიზიკური სიდიდის შემცირებას, ის მხოლოდ საშუალებას გაძლევთ გადაანაწილოთ მისი შესრულება მოსახერხებელი გზით.
კაცი დიდი ხანია იყენებს ბერკეტს. ასე რომ, არსებობს მტკიცებულება, რომ მას იყენებდნენ ძველი ეგვიპტელები პირამიდების მშენებლობაში. ბერკეტის ეფექტის პირველი მათემატიკური აღწერა თარიღდება ჩვენს წელთაღრიცხვამდე III საუკუნით და ეკუთვნის არქიმედეს. ამ მექანიზმის მუშაობის პრინციპის თანამედროვე განმარტება მოიცავსძალის მომენტის კონცეფცია წარმოიშვა მხოლოდ მე-17 საუკუნეში, ნიუტონის კლასიკური მექანიკის ჩამოყალიბების დროს.
ბერკეტის წესი
როგორ მუშაობს ბერკეტი? ამ კითხვაზე პასუხი მოცემულია ძალის მომენტის კონცეფციაში. ამ უკანასკნელს ისეთ მნიშვნელობას უწოდებენ, რომელიც მიიღება ძალის მკლავის მის მოდულზე გამრავლების შედეგად, ანუ:.
M=Fd
ძალის მკლავი d არის მანძილი საყრდენი წერტილიდან F ძალის გამოყენების წერტილამდე.
როდესაც ბერკეტი ასრულებს თავის საქმეს, მასზე მოქმედებს სამი განსხვავებული ძალა:
- გარე ძალა გამოყენებული, მაგალითად, ადამიანის მიერ;
- ტვირთის წონა, რომლის გადატანასაც ადამიანი ცდილობს ბერკეტით;
- საყრდენის რეაქცია, რომელიც მოქმედებს საყრდენის მხრიდან ბერკეტის სხივამდე.
საყრდენის რეაქცია აბალანსებს დანარჩენ ორ ძალას, ამიტომ ბერკეტი წინ არ მიიწევს სივრცეში. იმისათვის, რომ მან ასევე არ შეასრულოს ბრუნვითი მოძრაობა, აუცილებელია, რომ ძალების ყველა მომენტის ჯამი იყოს ნულის ტოლი. ძალის მომენტი ყოველთვის იზომება რომელიმე ღერძის მიმართ. ამ შემთხვევაში, ეს ღერძი არის საყრდენი წერტილი. ღერძის ამ არჩევით, საყრდენის რეაქციის ძალის მოქმედების მხრი იქნება ნულის ტოლი, ანუ ეს ძალა ქმნის ნულოვან მომენტს. ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს პირველი ტიპის ტიპურ ბერკეტს. ისრები აღნიშნავენ გარე ძალას F და ტვირთის წონას R.
ჩაწერეთ ამ ძალების მომენტების ჯამი, გვაქვს:
RdR+ (-FdF)=0
მომენტების ჯამის ნულის ტოლობა უზრუნველყოფს ბერკეტის მკლავების ბრუნვის არარსებობას. მომენტიძალა F მიიღება უარყოფითი ნიშნით, რადგან ეს ძალა ბერკეტს საათის ისრის მიმართულებით აბრუნებს, ხოლო R ძალა - საათის ისრის საწინააღმდეგოდ.
ამ გამოთქმის შემდეგ ფორმებში გადაწერით, ჩვენ ვიღებთ წონასწორობის პირობებს ბერკეტისთვის:
RdR=FdF;
dR/დF=F/R
ჩვენ მივიღეთ წერილობითი ტოლობები ძალის მომენტის კონცეფციის გამოყენებით. III საუკუნეში ძვ.წ. ე. ბერძენმა ფილოსოფოსებმა არ იცოდნენ ამ ფიზიკური კონცეფციის შესახებ, მიუხედავად ამისა, არქიმედესმა ექსპერიმენტული დაკვირვების შედეგად დაადგინა შებრუნებული კავშირი ბერკეტის მკლავებზე მოქმედ ძალთა თანაფარდობასა და ამ მკლავების სიგრძეს შორის..
ჩაწერილი თანასწორობები აჩვენებს, რომ მკლავის სიგრძის შემცირება dR ხელს უწყობს დიდი წონის აწევის შესაძლებლობის გაჩენას მცირე ძალის F და a-ს დახმარებით. გრძელი მკლავი dF R ტვირთი.
რა არის ბლოკი ფიზიკაში?
ბლოკი არის კიდევ ერთი მარტივი მექანიზმი, რომელიც წარმოადგენს მრგვალ ცილინდრის ღარით ცილინდრული ზედაპირის პერიმეტრის გასწვრივ. ბეწვი ემსახურება თოკის ან ჯაჭვის დამაგრებას. ბლოკს აქვს ბრუნვის ღერძი. ნახატზე ნაჩვენებია ბლოკის მაგალითი, რომელიც აჩვენებს, თუ როგორ მუშაობს იგი.
ამ ბლოკს ფიქსირებული ეწოდება. ის არ იძლევა ძალას, მაგრამ გაძლევთ საშუალებას შეცვალოთ მისი მიმართულება.
ფიქსირებული ბლოკის გარდა, არის მოძრავი ბლოკი. მოძრავი და ფიქსირებული ბლოკის სისტემა ნაჩვენებია ქვემოთ.
თუ მომენტების წესი გამოიყენება ამ სისტემაზე, მაშინ მივიღებთსიძლიერის მომატება არის ორჯერ, მაგრამ ამავე დროს ჩვენ ვკარგავთ იგივე რაოდენობას გზაზე (სურათზე F=60 N).
ბერკეტებისა და ბლოკების სისტემა
როგორც აღინიშნა წინა აბზაცებში, ბერკეტის გამოყენება შესაძლებელია ბილიკის ან სიმძლავრის მოსაპოვებლად, ხოლო ბლოკი საშუალებას გაძლევთ მოიპოვოთ ძალა და შეცვალოთ მისი მოქმედების მიმართულება. განხილული მარტივი მექანიზმების ეს თვისებები გამოიყენება ბერკეტებისა და ბლოკების სისტემებში. ამ სისტემებში თითოეული ელემენტი იღებს გარკვეულ ძალას და გადასცემს მას სხვა ელემენტებზე ისე, რომ გამომავალს მივიღოთ საწყისი ძალა.
ბერკეტისა და ბლოკის მუშაობის სიმარტივე და მათი სტრუქტურული გამოყენების მოქნილობა შესაძლებელს ხდის ასეთი კომბინაციისგან რთული მექანიზმების შედგენას.
მარტივი მექანიზმების სისტემების გამოყენების მაგალითები
ფაქტობრივად, ნებისმიერი მანქანა, რომელიც ჩვენს გარშემოა, არის ბერკეტებისა და ბლოკების სისტემები. აქ არის ყველაზე ცნობილი მაგალითები:
- საბეჭდი მანქანა;
- ფორტეპიანო;
- ამწე;
- საკეცი ხარაჩო;
- რეგულირებადი საწოლები და მაგიდები;
- ადამიანის ძვლების, სახსრებისა და კუნთების ნაკრები.
თუ შეყვანის ძალა თითოეულ ამ სისტემაში ცნობილია, მაშინ გამომავალი ძალა შეიძლება გამოითვალოს ბერკეტის წესის თანმიმდევრული გამოყენებით სისტემის თითოეულ ელემენტზე.
