Интерлюдия 2. Рычаг, блок и рампа
Уже в глубокой древности для подъема тяжестей человек стал применять простые механизмы: рычаг, ворот и наклонную плоскость. Позже к ним прибавились еще блок и винт. Эти несложные приспособления позволяли многократно увеличить мускульные усилия человека и справиться с такими тяжестями, которые при других обстоятельствах были бы совершенно «неподъемными». Принцип действия простых механизмов хорошо известен. Например, если нужно втащить груз на определенную высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым. Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу. Эта связь имеет четкое математическое выражение. Если наклонная плоскость имеет угол d, то втащить груз по ней будет в 1/sin d легче, чем поднять его вертикально. Если угол составляет 45 градусов наше усилие будет в 1,5 раза меньше, если 30 градусов – в два раза меньше, при угле в 5 градусов мы потратим в 11 раз меньше усилий, а при угле в 1 градус – в 57 раз! Правда, все, что выигрывается в силе, теряется в расстоянии, ибо во сколько раз уменьшается наше усилие, во столько же раз возрастает расстояние, на которое придется тащить груз. Однако в тех случаях, где время и расстояние не играют большой роли, а важна сама цель – поднять груз с наименьшим усилием, там наклонная плоскость оказывается незаменимым помощником. Другим простым механизмом – рычагом наши далекие предки постоянно пользовались для того, чтобы приподымать и сдвигать с места тяжелые камни и бревна. Рычаг позволяет достигнуть многократного выигрыша в силе самыми простыми и доступными средствами. Положив длинный и крепкий шест на обрубок полена (опору) и подсунув второй конец его под камень, человек превращал шест в простейший рычаг. В этой ситуации на камень начинали действовать два вращающих момента: один от веса камня, а другой – от руки человека. Для того что бы камень сдвинулся с места «подталкивающий» момент от мускульной силы человека должен быть больше «прижимающего» от веса камня. Момент, как известно, равен произведению приложенной силы на длину плеча рычага (в данном случае плечо – это расстояние от конца шеста (точки приложения силы) до полена (точки опоры)). Легко подсчитать, что если плечо, на которое давит человек в 15–20 раз длиннее того, которое подсунуто под камень, то сила человека соответственно тоже возрастает в 15–20 раз. То есть человек, не очень напрягаясь, может сдвинуть камень весом в тонну! Неподвижный блок – третий