Лаборатория юного физика
Шрифт:
Обойму сделайте из жести по размерам, указанным на рисунке 19. Заготовив полоску жести, сначала отогните ее края для того, чтобы увеличить прочность. Такие отогнутые края называются ребрами жесткости. Отгибать их лучше всего молотком на деревянной рейке подходящего размера. Наметив места сгибов обоймы, прорежьте против них ребра жесткости на всю глубину. Согните обойму, а торчащие уголки ребер срежьте наискосок.
В спинке обоймы просверлите отверстие, вставьте в него крюк, согнутый из гвоздя, и шляпку гвоздя припаяйте к спинке изнутри.
Ролики можно выточить из дерева, пластмассы или металла на токарном
Если воспользоваться токарным станком нет возможности, сделайте ролик из катушки.
Подберите катушку из-под ниток, у которой диаметр щечек 26–28 мм. Наденьте ее на палочку и, постепенно поворачивая, прочертите карандашом на каждой щечке линию, отстоящую на 5 мм от наружного края. По этим линиям аккуратно отрежьте щечки от катушки перочинным ножом или лобзиком. Срезы получившихся кружков зачистите напильником или крупной шкуркой.
Насадите обе щечки на карандаш срезанными сторонами друг к другу. Если срезы прилегают один к другому неровно, нужно выступающие места отметить карандашом, а потом щечки снять и осторожно подровнять.
Когда все будет получаться правильно, смажьте срезы и карандаш, клеем, лучше всего столярным. С карандаша нужно предварительно счистить лак. Надев щечки, прижмите их крепко одну к другой. Склеенный ролик должен сохнуть не меньше часа.
Когда клей хорошо высохнет и затвердеет, острым ножом срежьте выступающие концы карандаша вровень со щечками. Оставшийся внутри ролика обрезок графита вытолкните тонким гвоздиком. Канавку в ролике очистите от засохшего клея перочинным ножом. Затем аккуратно расширьте ее круглым надфилем.
Очень удобно расширять канавку с помощью сверлильного станка или хотя бы ручной дрели. В этом случае сначала срежьте только один конец карандаша, а другой конец зажмите в патрон вместо сверла. Когда ролик завертится, будет легко обработать его надфилем, а затем мелкой шкуркой. Ролик нужно обработать шкуркой и снаружи, чтобы он меньше цеплялся за обойму.
Для оси подберите кусок стальной проволоки или гвоздь длиной 20 мм и такой толщины, чтобы ролик мог свободно вращаться на нем. В щечках обоймы, отступя по 15 мм от спинки, просверлите отверстия для оси.
Вложите ролик внутрь обоймы. С каждой его стороны вложите еще по одной металлической шайбе или по колечку, согнутому круглогубцами из медной проволоки. Это нужно для того, чтобы ролик не терся об обойму всей поверхностью щечки. Вставив ось, закрепите ее в щечках пайкой.
Для опытов лучше заготовить сразу два таких ролика с обоймами. Каждый из них может быть использован и как подвижной блок, и как неподвижный. Еще для этих опытов необходим динамометр, изготовление которого описано выше.
Подвесьте один из роликов к среднему крюку стойки. Это у вас будет неподвижный блок. Подберите самый большой груз, который еще можно взвесить на вашем динамометре. Прикрепите к нему суровую, крученую шелковую или другую достаточно прочную нитку. Перекиньте конец нитки через блок и сделайте на нем петельку. За эту петельку зацепите крюк динамометра.
Вы увидите, что при подъеме груза через блок динамометр будет показывать примерно столько же, сколько он показывал при непосредственном взвешивании груза.
Возможная небольшая разница вызывается трением в блоке. Значит, неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Зачем же тогда он нужен? Это легко понять, если попробовать менять положение динамометра. Можете тянуть нитку через блок прямо вниз, или горизонтально, или косо под любым углом. Во всех случаях груз будет подниматься прямо вверх, а показания динамометра не изменятся. Это значит, что неподвижный блок позволяет менять направление силы так, как нам удобно.
Снимите ролик с крюка стойки и прицепите его к грузу. Нитку закрепите одним концом за крюк стойки, а другой конец перекиньте через ролик и наденьте на крюк динамометра. Теперь уже ваш ролик стал подвижным блоком. Поднимая груз, вы увидите, что динамометр показывает чуть больше половины его веса. Он показывал бы точно половину, если бы не было трения в блоке, а сам блок ничего бы не весил. Значит, подвижной блок дает выигрыш в силе почти в два раза.
Правда, подъем груза при этом замедляется. Он ползет вверх вдвое медленнее, чем вы поднимаете динамометр. Поэтому выигрыша в работе не получается. Но все равно, выигрыш в силе в два раза — большое удобство. Плохо только, что тянуть приходится вверх. Это не всегда бывает удобно.
Впрочем, мы с вами уже знаем, как изменить направление силы. Для этого служит неподвижный блок. Подвесьте его на свободный крюк стойки и перекиньте через него конец нитки. Вы увидите, что динамометр при подъеме груза по-прежнему будет показывать около половины веса, зато тянуть можно будет и вниз и в сторону.
Рис. 19. Блоки.
Механизмы из блоков
Сочетание подвижного блока с неподвижным дает выигрыш в силе в два раза. Ну, а если нам этого мало? Как получить еще больший выигрыш?
Для этого можно соединять блоки в более сложные механизмы. Один из таких механизмов показан на рисунке 20.
Рис. 20. Механизмы из блоков.
На той же стойке, которая описана в предыдущей статье, подвешены три подвижных блока и один неподвижный. Попробуем разобраться, какой выигрыш в силе должен давать этот механизм. Самый левый блок у нас неподвижный. Дальше нить перекинута через подвижной блок и конец ее прикреплен к стойке. Этот механизм нам уже знаком. Он дает выигрыш в силе вдвое.
Удвоенная сила тянет вторую нить, перекинутую через подвижной блок (средний из трех) и опять-таки прикрепленную к стойке. Но мы уже знаем, что подвижной блок даже и без неподвижного дает выигрыш в силе в два раза. Значит, здесь сила еще раз удваивается. Таким образом, первоначальная сила увеличилась в четыре раза.