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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Alavanca, bloco, plano inclinado. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Já nos tempos antigos, as pessoas começaram a usar mecanismos simples para levantar pesos: uma alavanca, um portão e um plano inclinado. Mais tarde, um bloco e um parafuso foram adicionados a eles. Esses dispositivos simples permitiam multiplicar os esforços musculares de uma pessoa e lidar com pesos que, em outras circunstâncias, seriam completamente insuportáveis. O princípio de funcionamento de mecanismos simples é bem conhecido. Por exemplo, se você precisar puxar uma carga até uma certa altura, é sempre mais fácil usar um declive suave do que um íngreme. Além disso, quanto menor a inclinação, mais fácil é fazer esse trabalho. Essa relação tem uma expressão matemática clara. Se o plano inclinado tem um ângulo d, então será 1/sen d vezes mais fácil arrastar a carga ao longo dele do que levantá-la verticalmente. Se o ângulo for de 45 graus, nosso esforço será 1 vezes menor, se 5 graus - 30 vezes menos, com um ângulo de 2 graus, gastaremos 5 vezes menos esforço e com um ângulo de 11 grau - 1 vezes! É verdade que tudo o que se ganha em força se perde em distância, pois quantas vezes nosso esforço é reduzido, pelo mesmo número de vezes aumenta a distância sobre a qual a carga terá que ser arrastada. No entanto, nos casos em que o tempo e a distância não desempenham um papel importante, mas o objetivo em si é importante - levantar a carga com o mínimo de esforço, o plano inclinado acaba sendo um assistente indispensável.
Nossos ancestrais distantes usavam constantemente outro mecanismo simples - uma alavanca - para levantar e mover pedras e troncos pesados. A alavanca permite obter múltiplos ganhos de força através dos meios mais simples e acessíveis. Ao colocar uma vara longa e forte sobre um toco de tora (suporte) e deslizar a outra extremidade sob uma pedra, o homem transformou a vara em uma simples alavanca. Nessa situação, dois torques passaram a atuar sobre a pedra, um do peso da pedra e outro da mão humana. Para que a pedra se mova, o momento de “empurrão” da força muscular humana deve ser maior que o momento de “pressão” do peso da pedra. O momento, como se sabe, é igual ao produto da força aplicada pelo comprimento do braço da alavanca - neste caso, o braço é a distância da extremidade do poste (ponto de aplicação da força) até o log (o fulcro).
É fácil calcular que, se o ombro em que a pessoa pressiona for 15 a 20 vezes mais longo do que o que foi colocado sob a pedra, a força da pessoa, respectivamente, também aumentará em 15 a 20 vezes. Ou seja, uma pessoa, sem muito esforço, pode mover uma pedra de uma tonelada! O bloco fixo - o terceiro mecanismo que se difundiu na antiguidade - é uma roda com calha, cujo eixo está rigidamente preso a uma viga de parede ou teto. Jogando uma corda sobre a roda e prendendo sua extremidade oposta à carga, você pode levantá-la até a altura do acessório do bloco. Um bloco fixo não dá ganho de força, mas oferece a oportunidade de mudar sua direção, o que muitas vezes é de grande importância ao levantar pesos.
Apesar de todo o seu primitivismo, mecanismos simples expandiram muito as capacidades do homem antigo. Para se convencer disso, basta lembrar os gigantescos edifícios dos antigos egípcios. Por exemplo, a pirâmide de Quéops tinha uma altura de 146 m. Estima-se que foram necessários 23300000 blocos de pedra para sua construção, cada um pesando em média cerca de 2 toneladas. Mas este não era o limite - durante a construção dos templos, os egípcios transportaram, ergueram e instalaram obeliscos e estátuas colossais, cujo peso era de dezenas e centenas de toneladas! Que mecanismos esses antigos construtores usaram para elevar blocos e estátuas gigantes a uma grande altura? Acontece que tudo isso pode ser feito usando os mesmos dispositivos simples - um bloco, alavancas e um plano inclinado. Colossais estátuas e blocos de pedra foram arrastados em enormes trenós puxados por um grande número de pessoas. Cada um dos trabalhadores tinha uma corda jogada no ombro. Rolos foram colocados sob o trenó, que, após puxar a carga, foram recolhidos e novamente colocados sob os patins.
Para superar os obstáculos, o trenó foi levantado com a ajuda de alavancas. Como eles usavam toras cortadas. Cunhas feitas especialmente de diferentes tamanhos serviram como batentes. O trabalho foi acompanhado por música. O principal dispositivo de elevação dos egípcios era um plano inclinado - uma rampa. O esqueleto da rampa, ou seja, suas laterais e divisórias, que cruzavam a rampa a pouca distância uma da outra, eram construídas em tijolo; vazios foram preenchidos com juncos e galhos. À medida que a pirâmide crescia, a rampa foi construída. Nessas rampas, as pedras eram arrastadas em trenós da mesma forma que no chão, enquanto se ajudavam com alavancas. O ângulo de rampa era muito pequeno - 5 ou 6 graus. Assim, por exemplo, a estrada inclinada para a pirâmide de Khafre, com 46 metros de altura, tinha um comprimento de cerca de meio quilômetro. Assim, para a construção de pirâmides mais altas, era necessário construir uma rampa ainda mais longa. Outros métodos foram utilizados ao levantar longos blocos de pedra e estátuas. Blocos foram usados para isso. No entanto, é impossível levantar pedras enormes com a ajuda de blocos, como obeliscos de até 300 toneladas de peso e estátuas gigantes de reis, chegando a 1000 toneladas de peso, é impossível. Para instalar tais estátuas e obeliscos, foi necessário realizar um trabalho preparatório considerável. Aqui, novamente, um plano inclinado - uma rampa - atuou como um dispositivo de elevação. Em primeiro lugar, paredes de pedra foram erguidas em ambos os lados do pedestal. Um plano inclinado foi anexado a um deles, um pouco menor que a altura do obelisco instalado. Todas as quatro paredes da rampa formavam, por assim dizer, um poço de tijolos. Um corredor de passagem foi feito em uma de suas paredes ao nível do solo. Todo o espaço interno estava coberto de areia. Então, ao longo do plano inclinado, o obelisco concluído foi arrastado com a base para a frente. Depois disso, a areia começou a ser transportada pelo corredor na parede, e o obelisco, sob seu próprio peso, começou a descer suavemente sobre o pedestal, assumindo gradualmente uma posição vertical. Após a instalação, a parede e a rampa foram desmontadas. Com o uso extensivo do plano inclinado e da alavanca, os antigos egípcios parecem não ter pensado nas leis subjacentes aos mecanismos simples. Pelo menos nenhum texto babilônico ou egípcio chegou até nós descrevendo sua ação. Este trabalho foi realizado apenas por cientistas da Grécia antiga. Cálculos clássicos da ação de uma alavanca, um plano inclinado e um bloco pertencem ao notável antigo mecânico Arquimedes de Siracusa. Arquimedes estudou as propriedades mecânicas do bloco móvel e as colocou em prática. Segundo Ateneu, “para lançar o gigantesco navio construído pelo tirano siracusano Hieron, eles inventaram muitos métodos, mas o mecânico Arquimedes sozinho conseguiu mover o navio com a ajuda de algumas pessoas; Arquimedes organizou um bloco e através dele lançou um navio enorme; ele foi o primeiro a inventar um dispositivo de bloqueio". A partir dessa evidência, fica claro que Arquimedes não apenas estudou as propriedades de mecanismos simples, mas também deu o próximo passo - ele começou a construir máquinas mais complexas que transformam e aprimoram o movimento. É possível que ele tenha conseguido mover o navio com a ajuda de um sistema de blocos móveis e fixos (semelhante aos modernos guinchos), usando os quais você pode multiplicar a força aplicada. Quando os romanos atacaram a cidade natal de Arquimedes, ele aplicou seu conhecimento à tecnologia militar. De acordo com seus desenhos, os siracusanos construíram uma grande variedade de veículos militares. Entre eles estavam armas de arremesso; guindastes giratórios que arremessavam enormes pedras em navios romanos; patas de ferro amarradas a correntes que capturavam e derrubavam navios inimigos. Autor: Ryzhov K.V.
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