Рис. 51

Для проведения опытов по исследованию работы рычага вам будет достаточно линейки, карандаша и три одинаковые ластиковые резинки. Положите карандаш на стол, а на нем расположите линейку таким образом, чтобы она находилась в равновесии. Вы заметите, что равновесное положение линейки точно совпадает с ее серединой (рис. 52). Затем положите на левый край линейки одну резинку на расстоянии 6 см от центра баланса О и постарайтесь уравновесить линейку двумя резинками с правой стороны линейки. Следуя логике вышеизложенного, нетрудно предугадать, что место расположения противовеса с правой стороны будет находиться на расстоянии 3 см от точки О.

Рис. 52

Варьируя различными грузиками, вы убедитесь в том, что выигрыш в силе в данном простом механизме зависит от соотношения расстояний точек приложения усилий, то есть теоретически можно добиться любого усиления движущего момента за счет увеличения расстояния приложения (плеча) между точкой опоры и точкой приложения силы. Основываясь именно на этом факте, древнегреческий ученый и изобретатель Архимед заявил: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»

Вывод: выигрыш в силе происходит за счет проигрыша в перемещении, на этом базируется принцип работы всех механизмов.

Детский металлический конструктор – неисчерпаемый источник для творческого и инженерного развития. Из его компонентов можно моделировать и создавать действующие копии различных устройств и механизмов. Продолжая тему простых механизмов, рассмотрим один из самых распространенных устройств – блок.

Используя детали конструктора или другие подходящие предметы, соберите конструкцию, подобную изображенной на рис. 53. Подвесив на противоположных концах нити одинаковые грузы, то есть уравновесив систему, убедимся, что выигрыша в силе в данном устройстве нет, но очевидно изменение направления прилагаемых усилий, что тоже немаловажно. Дополнив установку еще одним шкивом (рис. 54) и уравновесив ее, вы заметите, что такая конструкция позволяет уменьшить необходимое для уравновешивания усилие в два раза.

Рис. 53

Рис. 54

Подымая и опуская груз, измерьте расстояние, которое проходит груз А и груз В. Пропорционально увеличению силы расстояние, проходимое грузом А, в два раза больше, чем у груза В. Для получения большего подъемного усилия используют многоступенчатые блоки (полиспасты) (рис. 55). Каждая их ступень увеличивает подъемную силу.

Рис. 55

В промышленности и других отраслях применяются разные устройства для подъема и перемещения грузов, но принцип их работы именно такой. Аналогично этому, автомобильные трансмиссии устроены так, чтобы, уменьшая или повышая передаточное число (усиление) между оборотами двигателя и колесами, получать оптимальное соотношение. Не принципиально, каким именно способом происходит изменение передаточного взаимодействия – ременным, зубчатым или гидромеханическим, главное, что все они служат одной и той же цели – изменению направления и соотношению сил.

Нет на свете человека, которому хоть раз в жизни не хотелось поиграть на музыкальном инструменте. Да вот незадача – далеко не в каждом доме есть таковые. Но, как говорится, было бы желание, а инструмент можно сделать и самостоятельно.

Итак, возьмите семь стеклянных бутылок (желательно одинаковых) и выстройте их в ряд. Наполните водой, как показано на рис. 56. Количество воды в бутылке будет обеспечивать необходимый тон.

Каждый музыкальный инструмент нуждается в настройке. Постукивая карандашом по бутылкам и уменьшая или увеличивая в них уровень воды, вы сможете настроить ваш ксилофон. Частота звуковых колебаний (звуковой тон), издаваемых бутылкой с водой, зависит от высоты воздушного столба, поэтому с изменением количества воды меняется звучание бутылки. Принцип действия всех духовых инструментов базируется именно на изменении длины воздушного столба. Нажимая на клавиши, музыкант переключает клапаны, открывающие и закрывающие воздушные каналы, соответствующие определенной ноте.

После настройки попробуйте, ударяя по бутылкам карандашами, исполнить какую-нибудь несложную мелодию.

По мере развития ваших навыков инструмент можно усовершенствовать, например увеличив количество бутылок и «настроив» диезы, что позволит расширить диапазон звучания.

Для более звонкого звучания настроенные бутылки можно подвесить на веревочках. В фольклорных ансамблях часто применяют именно такие инструменты, в чем вы можете убедиться, например, посмотрев мультфильм «Жил-был пес». Для еще большего разнообразия звучания в качестве источника звука можно использовать наполненные водой стеклянные и хрустальные бокалы. Хрустальные бокалы дают очень чистый и мелодичный звук, но обращайтесь с ними осторожно, ведь они довольно хрупкие и могут разбиться. Пригласив своих друзей, вы сможете организовать маленький оркестр и весело провести досуг.

Рис. 56

Все соприкасающиеся тела действуют друг на друга с некоторой силой, при этом они испытывают деформацию: изгиб, сжатие, растяжение, кручение. В зависимости от свойств материалов эти явления могут быть практически незаметными или же, наоборот, ярко выраженными. Например, стекло – очень твердый и хрупкий материал, но, тем не менее, каждый стеклянный предмет деформируется, просто пределы упругих деформаций очень малы (то есть после них предмет восстанавливается в своих размерах без всяких последствий), и, как правило, мы их не замечаем. Другое дело предметы из резины и прочих эластичных и упругих материалов: мячи, скакалки, губки, пружины и т. д.

Рассматривая рычаг как прямой стержень, мы не принимали во внимание, что при нагрузке он немного деформируется, прогибается. При точных расчетах деформациями пренебрегать нельзя. Крайне важно учитывать данные явления при проектировании домов, мостов и механизмов.

Чтобы наглядно исследовать, какие изменения происходят во время упругих деформаций, предлагаем провести серию не сложных, но показательных экспериментов.

Итак, возьмите кусок стрейчевой ткани или широкую резиновую ленту размерами 10 × 20 см. Для удобства проведения опытов рекомендуем по более узким краям обшить ткань вокруг двух карандашей (рис. 57).

Мелом или маркером нанесите на ткань разметку в виде сетки с квадратными ячейками.

Рис. 57

Опыт № 1. Растяжение. Разведите карандаши в противоположные стороны, растягивая ткань в длину. В результате растягивания вы заметите, что чем больше деформируется ткань, тем у́же она становиться в середине. Форма квадратных ячеек наглядно меняется – они вытягиваются и худеют (рис. 58). Именно так деформируются различные предметы при растяжении.