杠杆、挡块、斜面。发明和生产的历史

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杠杆、挡块、斜面。发明和生产的历史

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早在古代，人们就开始使用简单的举重机构：杠杆、门和斜面。后来，他们增加了一个块和一个螺丝。这些简单的装置可以增加一个人的肌肉力量并应对这样的重量，这在其他情况下是完全无法承受的。

简单机构的工作原理是众所周知的。例如，如果您需要将负载拉到一定高度，使用缓坡总是比使用陡坡更容易。而且，坡度越低，做这项工作就越容易。这种关系有一个清晰的数学表达。如果斜面的角度为 d，那么沿斜面拖动负载比垂直提升负载要容易 1/sin d 倍。如果角度是 45 度，我们的努力会少 1 倍，如果 5 度 - 30 倍，角度 2 度我们会少 5 倍，角度 11 度 - 1 倍！

诚然，在力量上获得的一切都在距离中失去，因为我们的努力减少了多少倍，我们必须拖动负载的距离增加了多少倍。然而，在时间和距离不重要，但目标本身很重要的情况下——用最少的努力举起重物，斜面就成了不可或缺的助手。

杠杆、挡块、斜面
斜面

我们的远祖经常使用另一种简单的机制——杠杆——来举起和移动沉重的石头和原木。该杠杆可让您使用最简单、最容易获得的方式获得多重力量增益。通过将一根长而坚固的杆子放在木桩（支撑物）上并将另一端滑到石头下，该男子将杆子变成了一个简单的杠杆。在这种情况下，两个扭矩开始作用在石头上，一个来自石头的重量，另一个来自人手。为了使石头移动，人体肌肉力量的“推”力矩必须大于石头重量的“压”力矩。众所周知，力矩等于施加的力与杠杆臂长度的乘积 - 在这种情况下，杠杆臂是从杆的末端（力的施加点）到杠杆臂的距离。日志（支点）。

杠杆、挡块、斜面
杠杆

不难计算，如果一个人按的肩膀比石头下滑的肩膀长15-20倍，那么一个人的力量也分别增加15-20倍。也就是说，一个人不费力，就能搬动一吨重的石头！

固定块 - 在古代广泛使用的第三种机制 - 是一个带有滑槽的轮子，其轴刚性地连接到墙壁或天花板梁上。将一根绳子扔到轮子上并将其另一端连接到负载上，您可以将其提升到块附件的高度。固定块不会增加力量，但确实提供了改变方向的机会，这在举重时通常非常重要。

杠杆、挡块、斜面
固定块

尽管它们很原始，但简单的机制极大地扩展了古代人的能力。为了确信这一点，回想一下古埃及人的巨大建筑就足够了。例如，基奥普斯金字塔的高度为 146 m。据估计，它的建造需要 23300000 万块石块，每块平均重约 2 吨。但这不是极限——在建造神殿的过程中，埃及人运输、竖立和安装了巨大的方尖碑和雕像，它们的重量有几十吨和几百吨！

这些古代建造者使用什么机制将巨大的积木和雕像提升到很高的高度？事实证明，所有这些都可以使用相同的简单设备 - 块、杠杆和斜面来完成。巨大的雕像和石块被大量人拉着的巨大雪橇拖着。每个工人肩上都挂着一根绳子。滚轮放置在雪橇下方，在拉动负载后，将其拾起并再次放置在滑橇下方。

杠杆、挡块、斜面
古埃及人的木块

为了克服障碍，雪橇在杠杆的帮助下被抬起。因为他们使用砍伐的原木。特制的不同尺寸的楔子用作挡块。作品伴随着音乐。埃及人的主要起重装置是一个斜面 - 一个坡道。坡道的骨架，即与坡道相距不远的两侧和隔板，是用砖砌成的；空隙被芦苇和树枝填满。

随着金字塔的发展，坡道也建在了上面。在这些坡道上，石头像在地面上一样被拖在雪橇上，同时用杠杆帮助自己。斜坡角度非常小 - 5或6度。因此，例如，通往哈夫拉金字塔的坡道，高度为 46 米，长度约为半公里。因此，为了建造更高的金字塔，有必要建造更长的坡道。

在吊起长石块和雕像时，还采用了其他方法。为此使用了块。但是，要借助积木来提升巨石是不可能的，比如重达300吨的方尖碑和重达1000吨的巨型国王雕像，那是不可能的。

为了安装这样的雕像和方尖碑，必须进行大量的准备工作。在这里，斜面 - 坡道 - 再次充当起重装置。首先，在基座的两侧竖起了石墙。其中一个附有一个斜面，略低于安装的方尖碑的高度。坡道的所有四堵墙都形成了一座砖井。在其地面的一堵墙上建造了一条直通走廊。里面的整个空间都被沙子覆盖了。然后，沿着斜面，将完成的方尖碑与基座一起向前拖动。之后，沙子开始从墙上的走廊中运出，方尖碑在自重的作用下，开始平稳地下降到基座上，逐渐呈现垂直位置。安装后，墙壁和坡道被拆除。

由于大量使用斜面和杠杆，古埃及人似乎没有考虑过简单机制背后的规律。至少没有一个巴比伦或埃及的文字向我们描述他们的行为。这项工作只有古希腊的科学家才能完成。杠杆作用的经典计算，斜面和块属于锡拉丘兹杰出的古代机械师阿基米德。阿基米德研究了动块的力学性能并将其付诸实践。根据雅典娜的说法，“为了让锡拉库萨暴君希龙建造的巨轮下水，他们想了很多办法，但只有机械师阿基米德在几个人的帮助下才设法移动了这艘船；阿基米德布置了一个街区，并通过它发射了一艘巨大的船；他是第一个提出块设备的人”。

从这个证据可以看出，阿基米德不仅研究了简单机构的特性，而且还迈出了下一步——他开始在它们的基础上建造更复杂的机器，以改变和增强运动。他有可能设法使用可移动和固定块系统（类似于现代起重机）来移动船舶，使用它可以增加施加的力。

当罗马人袭击阿基米德的家乡时，他将自己的知识应用于军事技术。根据他的图纸，锡拉库萨人建造了各种各样的军用车辆。其中包括投掷武器；向罗马船只投掷巨石的旋转起重机；铁爪绑在锁链上，抓住并推翻了敌舰。

作者：Ryzhov K.V.

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