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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Levier, bloc, plan incliné. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Déjà dans l'Antiquité, les gens ont commencé à utiliser des mécanismes simples pour soulever des poids: un levier, une porte et un plan incliné. Plus tard, un bloc et une vis leur ont été ajoutés. Ces appareils simples permettaient de multiplier les efforts musculaires d'une personne et de faire face à de tels poids qui, dans d'autres circonstances, seraient complètement insupportables. Le principe de fonctionnement des mécanismes simples est bien connu. Par exemple, si vous devez tirer une charge à une certaine hauteur, il est toujours plus facile d'utiliser une pente douce qu'une pente raide. De plus, plus la pente est faible, plus il est facile de faire ce travail. Cette relation a une expression mathématique claire. Si le plan incliné a un angle d, alors il sera 1/sin d fois plus facile de faire glisser la charge le long de celui-ci que de la soulever verticalement. Si l'angle est de 45 degrés, notre effort sera 1 fois moins, si 5 degrés - 30 fois moins, avec un angle de 2 degrés, nous dépenserons 5 fois moins d'effort, et avec un angle de 11 degré - 1 fois ! Il est vrai que tout ce qui est gagné en force est perdu en distance, car de combien de fois notre effort est réduit, d'autant de fois la distance sur laquelle la charge devra être traînée augmente. Cependant, dans les cas où le temps et la distance ne jouent pas un grand rôle, mais l'objectif lui-même est important - pour soulever la charge avec le moindre effort, le plan incliné s'avère être un assistant indispensable.
Un autre mécanisme simple - un levier - que nos lointains ancêtres utilisaient constamment pour soulever et déplacer de lourdes pierres et bûches. Le levier vous permet d'obtenir un gain de force multiple par les moyens les plus simples et les plus abordables. En plaçant une perche longue et solide sur une souche de bois (support) et en glissant son autre extrémité sous une pierre, une personne a transformé la perche en un simple levier. Dans cette situation, deux couples ont commencé à agir sur la pierre, l'un du poids de la pierre et l'autre de la main d'une personne. Pour que la pierre bouge, le moment de "poussée" de la force musculaire d'une personne doit être supérieur au moment de "pression" du poids de la pierre. Le moment, comme vous le savez, est égal au produit de la force appliquée et de la longueur du bras du levier - dans ce cas, le bras est la distance entre l'extrémité du poteau (le point d'application de la force) et le rondin (le point d'appui).
Il est facile de calculer que si l'épaule sur laquelle la personne appuie est 15 à 20 fois plus longue que celle qui est glissée sous la pierre, alors la force de la personne, respectivement, augmente également de 15 à 20 fois. C'est-à-dire qu'une personne, sans vraiment forcer, peut déplacer une pierre pesant une tonne! Le bloc fixe - le troisième mécanisme qui s'est répandu dans l'Antiquité - est une roue à goulotte dont l'axe est fixé rigidement à une poutre de mur ou de plafond. En jetant une corde sur la roue et en attachant son extrémité opposée à la charge, vous pouvez l'élever à la hauteur de la fixation du bloc. Un bloc fixe ne permet pas de gagner en force, mais il offre la possibilité de changer de direction, ce qui est souvent d'une grande importance lors de la levée de poids.
Malgré toute leur primitivité, des mécanismes simples ont considérablement élargi les capacités de l'homme ancien. Pour s'en convaincre, il suffit de rappeler les gigantesques édifices des anciens Égyptiens. Par exemple, la pyramide de Khéops avait une hauteur de 146 m. On estime que 23300000 2 5 blocs de pierre ont été nécessaires à sa construction, chacun pesant en moyenne environ XNUMX tonnes. Mais ce n'était pas la limite - lors de la construction de temples, les Égyptiens ont transporté, élevé et installé des obélisques et des statues colossales, dont le poids était de dizaines et de centaines de tonnes! Quels mécanismes ces anciens bâtisseurs utilisaient-ils pour élever des blocs et des statues gigantesques à une grande hauteur ? Il s'avère que tout cela peut être fait en utilisant les mêmes dispositifs simples - un bloc, des leviers et un plan incliné. Des statues colossales et des blocs de pierre étaient traînés sur des traîneaux massifs tirés par un grand nombre de personnes. Chacun des ouvriers avait une corde jetée sur son épaule. Des rouleaux ont été placés sous le traîneau, qui, après avoir tiré la charge, ont été ramassés et placés à nouveau sous les patins.
Pour surmonter les obstacles, le traîneau était soulevé à l'aide de leviers. Comme ils utilisaient des bûches taillées. Des cales spécialement conçues de différentes tailles servaient de butées. L'œuvre était accompagnée de musique. Le principal appareil de levage des Égyptiens était un plan incliné - une rampe. Le squelette de la rampe, c'est-à-dire ses côtés et ses cloisons, qui traversaient la rampe à peu de distance les uns des autres, étaient construits en briques; les vides étaient remplis de roseaux et de branches. Au fur et à mesure que la pyramide grandissait, la rampe a été construite. Sur ces rampes, les pierres étaient traînées sur des traîneaux de la même manière qu'au sol, en s'aidant de leviers. L'angle de la rampe était très léger - 5 ou 6 degrés. Ainsi, par exemple, la route en pente vers la pyramide de Khafre, d'une hauteur de 46 mètres, avait une longueur d'environ un demi-kilomètre. En conséquence, pour la construction de pyramides plus hautes, il était nécessaire de construire une rampe encore plus longue. D'autres méthodes ont été utilisées pour soulever de longs blocs de pierre et des statues. Des blocs ont été utilisés pour cela. Cependant, il est impossible de soulever d'énormes pierres à l'aide de blocs, tels que des obélisques pesant jusqu'à 300 tonnes et des statues géantes de rois, atteignant 1000 tonnes de poids, c'est impossible. Pour installer de telles statues et obélisques, un travail préparatoire considérable a dû être effectué. Là encore, un plan incliné - une rampe - servait de dispositif de levage. Tout d'abord, des murs de pierre ont été érigés de part et d'autre du piédestal. Un plan incliné était attaché à l'un d'eux, un peu moins que la hauteur de l'obélisque installé. Les quatre murs de la rampe formaient, pour ainsi dire, un puits en brique. Un couloir traversant a été aménagé dans l'un de ses murs au niveau du sol. Tout l'espace à l'intérieur était recouvert de sable. Ensuite, le long du plan incliné, l'obélisque terminé a été traîné avec la base vers l'avant. Après cela, du sable a commencé à être transporté à travers le couloir du mur et l'obélisque, sous son propre poids, a commencé à descendre doucement sur le piédestal, prenant progressivement une position verticale. Après l'installation, le mur et la rampe ont été démontés. Utilisant abondamment le plan incliné et le levier, les anciens Égyptiens semblent n'avoir prêté aucune attention aux lois qui sous-tendent les mécanismes simples. Du moins pas un seul texte babylonien ou égyptien ne nous est parvenu décrivant leur action. Ce travail a été réalisé uniquement par des scientifiques de la Grèce antique. Les calculs classiques de l'action d'un levier, d'un plan incliné et d'un bloc appartiennent au remarquable mécanicien antique Archimède de Syracuse. Archimède a étudié les propriétés mécaniques du bloc mobile et l'a mis en pratique. Selon Athénée, "pour lancer le gigantesque navire construit par le tyran syracusain Hieron, ils ont trouvé de nombreuses façons, mais seul le mécanicien Archimède a réussi à déplacer le navire avec l'aide de quelques personnes; Archimède a arrangé un bloc et à travers lui a lancé un énorme navire; il a été le premier à proposer un dispositif de bloc ". À partir de ces preuves, on peut voir qu'Archimède a non seulement étudié les propriétés de mécanismes simples, mais a également franchi l'étape suivante - il a commencé à construire sur leur base des machines plus complexes qui transforment et améliorent le mouvement. Il est possible qu'il ait réussi à déplacer le navire à l'aide d'un système de blocs mobiles et fixes (similaire aux palans modernes), à l'aide duquel vous pouvez multiplier la force appliquée. Lorsque les Romains ont attaqué la ville natale d'Archimède, il a appliqué ses connaissances à la technologie militaire. Selon ses dessins, les Syracusains ont construit une grande variété de véhicules militaires. Parmi eux se trouvaient des armes de jet; des grues pivotantes qui lançaient d'énormes pierres sur les navires romains ; pattes de fer attachées à des chaînes qui capturaient et renversaient les navires ennemis. Auteur : Ryzhov K.V.
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