С древних времён для облегчения своего труда человек использует различные механизмы – приспособления, преобразующие движение и силы (греч. «механэ» – машина, орудие). Все они устроены по-разному, но в них обязательно имеются так называемые простые механизмы – рычаг и (или) наклонная плоскость.
Изучению рычага и его разновидностей будет посвящён следующий параграф, а сейчас рассмотрим простой механизм под названием наклонная плоскость и две её разновидности – винт и клин. Все они часто используются в технике.
Взгляните на рисунок. Пираты грузят бочки на корабль. Их можно поднять на верёвках, но для этого требуется большая сила. Вкатывая бочки по наклонному трапу, пираты прикладывают меньшую силу. Однако заметим, что выигрыш в силе не возникает «даром» – пиратам приходится вкатывать бочки по более длинному пути. Заметим также, что происходит изменение направления действия силы. Противодействуя весу бочки, они прикладывали бы силу, направленную вверх, а при ее вкатывании они прикладывают силу вправо вверх.
Если наклонную плоскость «обмотать» вокруг цилиндра, мы получим другой механизм – винт. Обратимся к рисунку.
При помощи ножниц вырежем картонный треугольник (рис. «а»). Расположим его рядом с цилиндром (рис. «б»). Наклонной плоскостью служит ребро картона. Обернув треугольник вокруг цилиндра, мы получим винтовую наклонную плоскость (рис. «в»). Она служит для изменения направления и числового значения силы – как правило, получения выигрыша в силе. Поэтому для сильного стягивания деталей применяют винты и гайки. В них, соответственно, имеются внешняя и внутренняя резьбы, представляющие собой винтовые наклонные плоскости.
Винтовая наклонная плоскость используется также в домашних условиях, например, в штопоре и кухонном комбайне. Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем движение винта штопора вниз. При этом происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его продвижению внутрь пробки. Аналогичное преобразование движения происходит и внутри кухонного комбайна – вращательное движение винта внутри него приводит к перемещению измельчаемых продуктов из комбайна в стоящую рядом посуду.
Рассмотрим теперь механизм клин, это вторая разновидность наклонной плоскости. Обратимся к рисунку.
Молот действует на клин сверху вниз. Однако клин раздвигает части полена влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы. Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки полена, больше силы, с которой молот воздействует на клин (для этого его и применяют). То есть, клин изменяет числовое значение приложенной силы.
Клинья применяют в самых разнообразных случаях, но все они объединены общей целью: получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы создать большую.
В следующем параграфе мы изучим второй простой механизм – рычаг. Он также имеет две разновидности – блок и ворот.
