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Leva, blocco, piano inclinato. Storia dell'invenzione e della produzione

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Già nell'antichità, le persone iniziarono a utilizzare semplici meccanismi per sollevare pesi: una leva, un cancello e un piano inclinato. Successivamente sono stati aggiunti un blocco e una vite. Questi semplici accorgimenti permettevano di moltiplicare gli sforzi muscolari di una persona e di far fronte a tali pesi, che in altre circostanze sarebbero stati del tutto insopportabili.

Il principio di funzionamento dei meccanismi semplici è ben noto. Ad esempio, se devi trainare un carico a una certa altezza, è sempre più facile utilizzare una pendenza dolce che una ripida. Inoltre, più bassa è la pendenza, più facile è fare questo lavoro. Questa relazione ha una chiara espressione matematica. Se il piano inclinato ha un angolo d, sarà 1/sin d volte più facile trascinare il carico lungo di esso piuttosto che sollevarlo verticalmente. Se l'angolo è di 45 gradi, il nostro sforzo sarà 1 volte inferiore, se 5 gradi - 30 volte meno, con un angolo di 2 gradi spenderemo 5 volte meno sforzo e con un angolo di 11 grado - 1 volte!

È vero, tutto ciò che si guadagna in forza si perde in distanza, perché di quante volte si riduce il nostro sforzo, di altrettante volte aumenta la distanza per la quale dovremo trascinare il carico. Tuttavia, nei casi in cui il tempo e la distanza non giocano un ruolo importante, ma l'obiettivo stesso è importante: sollevare il carico con il minimo sforzo, il piano inclinato risulta essere un assistente indispensabile.

Piano inclinato

I nostri lontani antenati utilizzavano costantemente un altro semplice meccanismo: una leva, per sollevare e spostare pietre e tronchi pesanti. La leva consente di ottenere molteplici guadagni di forza utilizzando i mezzi più semplici e accessibili. Posizionando un palo lungo e robusto su un ceppo di tronco (sostegno) e facendo scorrere l'altra estremità sotto una pietra, l'uomo trasformò il palo in una semplice leva. In questa situazione, due coppie hanno iniziato ad agire sulla pietra, una dal peso della pietra e l'altra dalla mano umana. Affinché la pietra possa muoversi, il momento di “spinta” dovuto alla forza muscolare umana deve essere maggiore del momento di “pressione” dovuto al peso della pietra. Il momento, come è noto, è pari al prodotto della forza applicata per la lunghezza del braccio di leva: in questo caso il braccio è la distanza dall'estremità dell'asta (punto di applicazione della forza) al log (il fulcro).

leva

È facile calcolare che se la spalla su cui la persona preme è 15-20 volte più lunga di quella che è scivolata sotto la pietra, anche la forza della persona, rispettivamente, aumenta di 15-20 volte. Cioè, una persona, senza davvero sforzarsi, può muovere una pietra che pesa una tonnellata!

Il blocco fisso - il terzo meccanismo che si diffuse nell'antichità - è una ruota con uno scivolo, il cui asse è fissato rigidamente a una trave di parete o soffitto. Lanciando una fune sopra la ruota e fissando la sua estremità opposta al carico, puoi sollevarla all'altezza dell'attacco del blocco. Un blocco fisso non dà un aumento di forza, ma offre l'opportunità di cambiare direzione, che è spesso di grande importanza quando si sollevano pesi.

Blocco fisso

Nonostante tutta la loro primitività, i meccanismi semplici hanno notevolmente ampliato le capacità dell'uomo antico. Per esserne convinti basta ricordare i giganteschi edifici degli antichi egizi. Ad esempio, la piramide di Cheope aveva un'altezza di 146 m Si stima che per la sua costruzione fossero necessari 23300000 blocchi di pietra, ognuno dei quali pesava in media circa 2 tonnellate. Ma questo non era il limite: durante la costruzione dei templi, gli egiziani trasportavano, innalzavano e installavano obelischi e statue colossali, il cui peso era di decine e centinaia di tonnellate!

Quali meccanismi usavano questi antichi costruttori per sollevare blocchi e statue giganteschi a grande altezza? Si scopre che tutto questo può essere fatto utilizzando gli stessi semplici dispositivi: un blocco, leve e un piano inclinato. Statue colossali e blocchi di pietra venivano trascinati su enormi slitte trainate da un gran numero di persone. Ciascuno degli operai aveva una corda gettata sopra la sua spalla. Sotto la slitta sono stati posti dei rulli che, dopo aver tirato il carico, sono stati prelevati e riposizionati sotto i pattini.

Blocco di legno degli antichi egizi

Per superare gli ostacoli, la slitta veniva sollevata con l'ausilio di leve. Poiché usavano tronchi tagliati. Cunei appositamente realizzati di diverse dimensioni servivano da arresti. Il lavoro è stato accompagnato dalla musica. Il principale dispositivo di sollevamento degli egiziani era un piano inclinato: una rampa. Lo scheletro della rampa, cioè i suoi lati e tramezzi, che attraversavano la rampa a poca distanza l'uno dall'altro, erano costruiti in laterizio; i vuoti erano pieni di canne e rami.

Man mano che la piramide cresceva, fu costruita la rampa. Su queste rampe, i sassi venivano trascinati sulle slitte allo stesso modo che a terra, aiutandosi con le leve. L'angolo di rampa era molto leggero - 5 o 6 gradi. Così, ad esempio, la strada in pendenza per la piramide di Chefren, alta 46 metri, aveva una lunghezza di circa mezzo chilometro. Di conseguenza, per la costruzione di piramidi più alte, era necessario costruire una rampa ancora più lunga.

Si ricorreva ad altri metodi per sollevare lunghi blocchi di pietra e statue. I blocchi sono stati usati per questo. Tuttavia, è impossibile sollevare enormi pietre con l'aiuto di blocchi, come obelischi fino a 300 tonnellate di peso e statue giganti di re, che raggiungono le 1000 tonnellate di peso, è impossibile.

Per installare tali statue e obelischi, è stato necessario eseguire importanti lavori preparatori. Anche in questo caso, un piano inclinato - una rampa - fungeva da dispositivo di sollevamento. Prima di tutto furono eretti muri in pietra su entrambi i lati del piedistallo. Su uno di essi era fissato un piano inclinato, poco meno dell'altezza dell'obelisco installato. Tutte e quattro le pareti della rampa formavano, per così dire, un pozzo di mattoni. Un corridoio passante è stato realizzato in una delle sue pareti a livello del suolo. L'intero spazio all'interno era ricoperto di sabbia. Quindi, lungo il piano inclinato, l'obelisco completato veniva trascinato con la base in avanti. Successivamente, la sabbia iniziò a essere trasportata attraverso il corridoio nel muro e l'obelisco, sotto il suo stesso peso, iniziò a scendere dolcemente sul piedistallo, assumendo gradualmente una posizione verticale. Dopo l'installazione, il muro e la rampa sono stati smantellati.

Con l'uso estensivo del piano inclinato e della leva, gli antichi egizi sembrano non aver pensato alle leggi che stanno alla base dei semplici meccanismi. Almeno non ci è pervenuto un solo testo babilonese o egiziano che descriva la loro azione. Questo lavoro è stato svolto solo da scienziati dell'antica Grecia. I calcoli classici dell'azione di una leva, di un piano inclinato e di un blocco appartengono all'eccezionale meccanico antico Archimede di Siracusa. Archimede studiò le proprietà meccaniche del blocco mobile e le mise in pratica. Secondo Ateneo, «per varare la gigantesca nave costruita dal tiranno siracusano Ierone, escogitarono molti modi, ma solo il meccanico Archimede riuscì a muovere la nave con l'aiuto di poche persone; Archimede organizzò un blocco e attraverso di esso lanciò una nave enorme; fu il primo a inventare un dispositivo di blocco".

Questa prova mostra che Archimede non solo studiò le proprietà dei meccanismi semplici, ma fece anche il passo successivo: iniziò a costruire sulla loro base macchine più complesse che trasformano e migliorano il movimento. È possibile che sia riuscito a muovere la nave utilizzando un sistema di blocchi mobili e fissi (simile ai moderni argani), grazie ai quali è possibile moltiplicare la forza applicata.

Quando i romani attaccarono la città natale di Archimede, applicò le sue conoscenze alla tecnologia militare. Secondo i suoi disegni, i Siracusani costruirono un'ampia varietà di veicoli militari. Tra loro c'erano armi da lancio; gru girevoli che scagliavano enormi sassi sulle navi romane; zampe di ferro legate a catene che catturavano e rovesciavano le navi nemiche.

Autore: Ryzhov KV

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