Рычаг физика философ греция: Физика как чистая натуральная философия

Содержание

Рычаг, полиспаст и Архимедов винт. История техники и изобретений

Древнегреческий учёный Архимед родился около 287 г. до н. э. в Сиракузах, греческой колонии на о. Сицилия. Как математик Архимед открыл число п (пи) для вычисления длины окружности по её радиусу, нашёл объём шара, применил математику для решения физических задач, например вычислил расстояние от Земли до некоторых планет. Его считают создателем механики — раздела физики, изучающего движение тел.

Архимед

Открытые им физические законы Архимед-инженер применил для строительства сложных механизмов. Военные машины Архимеда два года сдерживали натиск мощного римского флота, осаждавшего Сиракузы. Архимед погиб, когда в 212 г. до н. э. Сиракузы пали из-за измены.

Я сдвину землю!

Рычаг — перекладина, лежащая на опоре, — простейший механизм, который с древнейших времён использовали для поднятия тяжестей. Архимед объяснил принцип действия рычага. Он обнаружил, что в каждом теле есть центр тяжести — точка, за которую можно подвесить это тело, чтобы оно сохранило равновесие — своё первоначальное положение. Уравновешивая концы перекладины — плечи рычага — с грузами разной массы, Архимед вывел закон рычага: во сколько раз больше масса на одном из плеч уравновешенного рычага (или сила, приложенная к этому плечу), во столько же раз это плечо должно быть короче другого. Если F — это сила, а D — длина плеча рычага, то: F₁ • D₁ = F₂ • D₂.

По преданию, Архимед, открыв этот закон, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!» Архимед сконструировал рычажные метательные машины, бросающие огромные камни. Он придумал рычажные весы, представляющие собой равноплечий рычаг: если он уравновешен, значит, вес предмета в чашке одного его плеча равен весу гирек в чашке другого плеча.

Архимедов винт

Архимед, вероятно, был изобретателем устройства для подачи воды из водоёма в вышележащие оросительные каналы. Это похожее на штопор устройство известно под названием архимедов винт и представляет собой стержень с навёрнутой него жёсткой «лентой». Вращая штопор, мы погружаем его в пробку, как бы накручивая пробку на винт штопора.

Архимедов винт

Таким же образом архимедов винт «накручивает» на себя воду. Но т. к. винт укреплён на одном месте и не продвигается в глубь воды (как штопор в глубь пробки), то вода сама поднимается по виткам вращающегося винта, а полая труба, в которую помещён винт, не даёт ей растекаться.

Облегчить ношу

Блок, вероятно, использовали ещё египтяне при строительстве пирамид. Открытие закона рычага помогло Архимеду понять принцип действия блоков и придумать сложные системы подвижных и неподвижных блоков – полиспастов (от греч. polyspastos — «натягиваемый многими веревками»).

В полиспасте неподвижные блоки дают возможность правильно выбрать угол приложения сил, а каждый подвижный блок вдвое сокращает усилия по перемещению груза. Легенда утверждает, что с помощью полиспаста собственной конструкции Архимед в одиночку подтянул к воде огромный корабль.

Применение в современной жизни

Рычаги, блоки, полиспасты, архимедовы винты — механизмы, широко используемые и по сей день, мы видим их повсюду. Детские качели, на которых катаются вниз и вверх, журавль, поднимающий ведро с водой из колодца, весы — коромысло с чашками, гаечный ключ, легко вращающий туго закрученную гайку, ножницы — это рычаги. Блоки и полиспасты используют строители в подъёмных кранах, и альпинисты в страховочных тросах, и швеи в шпульках швейных машин, моряки в корабельных снастях. С помощью архимедова винта до сих пор осушают болота, выкачивая воду. Разобрав мясорубку, вы увидите архимедов винт, продвигающий мясо к вращающемуся ножу. Сверло в дрели — тоже миниатюрный архимедов винт.

Рычаг в ножницах: короткие плечи с кольцами давят, а длинные — режут

Архимедов винт в мясорубке

Полиспаст подъёмного крана

Поделиться ссылкой

Популярная физика.

От архимедова рычага до квантовой механики [Айзек Азимов] (fb2) читать постранично | КулЛиб Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики [Айзек Азимов] (fb2) читать постранично | КулЛиб — Классная библиотека! Скачать книги бесплатно — Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики 4.64 Мб, 902с. (читать) (читать постранично) (скачать fb2) — Айзек Азимов

Настройки текста:

Цвет фоначерныйсветло-черныйбежевыйбежевый 2персиковыйзеленыйсеро-зеленыйжелтыйсинийсерыйкрасныйбелыйЦвет шрифтабелыйзеленыйжелтыйсинийтемно-синийсерыйсветло-серыйтёмно-серыйкрасныйРазмер шрифта14px16px18px20px22px24pxШрифтArial, Helvetica, sans-serif»Arial Black», Gadget, sans-serif»Bookman Old Style», serif»Comic Sans MS», cursiveCourier, monospace»Courier New», Courier, monospaceGaramond, serifGeorgia, serifImpact, Charcoal, sans-serif»Lucida Console», Monaco, monospace»Lucida Sans Unicode», «Lucida Grande», sans-serif»MS Sans Serif», Geneva, sans-serif»MS Serif», «New York», sans-serif»Palatino Linotype», «Book Antiqua», Palatino, serifSymbol, sans-serifTahoma, Geneva, sans-serif»Times New Roman», Times, serif»Trebuchet MS», Helvetica, sans-serifVerdana, Geneva, sans-serifWebdings, sans-serifWingdings, «Zapf Dingbats», sans-serif

Насыщенность шрифтажирныйОбычный стилькурсивШирина текста400px500px600px700px800px900px1000px1100px1200pxПоказывать менюУбрать менюАбзац0px4px12px16px20px24px28px32px36px40pxМежстрочный интервал18px20px22px24px26px28px30px32px

Символов на странице: Страница:

1
2
3
. . .
последняя (347) »

Айзек Азимов ПОПУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. От архимедова рычага до квантовой механики

ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА

Загадочные формулы, таинственные знаки, сложные механизмы взаимодействия, объясняющие все — от зарождения нашей Вселенной до разрушения межатомных связей. Только мир физики охватывает столь широкий диапазон знаний, и именно это делает его таким привлекательным для изучения. Известный популяризатор науки, ученый и писатель-фантаст Айзек Азимов в своей книге «Введение в физику» излагает основные концепции современной физики. Читателю предоставляется возможность проследить интереснейшую историю развития этой науки — историю вечного поиска законов и правил, которые управляют нашей планетой. Данный труд, состоящий из трех частей, охватывает огромный период в развитии физики от Древней Греции и до середины XX века. В первой части — «Движение, звук и теплота» — рассматривается теоретическое развитие и установление определенных концепций с ньютоновской точки зрения.

Во второй части, «Свет, магнетизм и электричество», показано развитие этих концепций начиная с XIX века, когда физика положила начало научно-технической революции. Физика воистину была «интеллектуальным топливом» индустриализации. Здесь же автор знакомит читателя с теорией относительности Альберта Эйнштейна и квантовой теорией Макса Планка. В заключительной части — «Электрон, протон и нейтрон», — Азимов освещает основное событие в физике в XX столетии — открытие бесконечно малых частиц и волн, а также рассуждает о взаимодействии технического прогресса и общества в целом. Книга написана простым, доступным языком и содержит необходимый минимум формул и уравнений. Однако, используя нестандартный подход ко многим проблемам, автор приводит собственные, а не классические доказательства некоторых законов, демонстрируя оригинальный взгляд на физические явления, поэтому не рекомендуется использовать этот труд в качестве учебного пособия. Автор также придерживается «английской» системы измерений, что не всегда является удобным для русского читателя.

Но это ни в коей мере не умаляет ценностей данной книги — такого всеобъемлющего обзора современной физики для широкого круга читателей не создавал до Айзека Азимова никто.

ТАБЛИЦЫ ПЕРЕВОДА РАЗЛИЧНЫХ ВЕЛИЧИН

Часть первая. ДВИЖЕНИЕ, ЗВУК И ТЕПЛОТА

Глава 1. ПОИСК ЗНАНИЯ

От философии к физике

Ученые Древней Греции были первыми из известных нам, кто сделал попытку тщательного исследования Вселенной: они проводили систематический сбор знаний, получаемых посредством человеческого восприятия. Те, кто начал этот рационалистический поиск понимания без участия интуиции, вдохновения, озарений или других нерациональных источников информации, называли себя «философами» (это слово в греческом языке буквально означает «любители мудрости»)^[1]. По направлению изучения философия могла быть направлена вовнутрь — в поисках понимания человеческого поведения, этики и морали, побуждений и ответных реакций или наружу — на исследование Вселенной, находящейся вне осязаемой оболочки человеческого разума, короче говоря на исследование «природы».

Философы, относившиеся ко второму направлению, назывались «естественными философами». И в течение многих столетий после периода расцвета Греции изучение явлений природы продолжает называться естественной философией. Более современное слово, которое мы используем вместо него, — «наука» (происходит от латинского слова, означающего «чтобы знать»), стало широко распространенным только в середине XIX столетия. И даже в наши дни самая высокая университетская степень, присвоенная за достижения в области наук, называется «доктор философии». Слово «естественный» (natural) имеет латинское происхождение, таким образом, термин «естественная философия»
(natural philosophy), который состоит наполовину из латинского и наполовину из греческого, обычно подвергался нападкам «борцов за чистоту терминологии». Греческое слово, означающее «естественный», — hysikos. Таким образом, то, что мы привыкли называть современной наукой, более точно может быть описано термином «физическая философия».

Термин «физика» являлся просто краткой формой термина «физическая философия», или «естественная философия», и в его оригинальном значении включал в себя всю науку. Однако поскольку области исследований науки расширялись и углублялись и объем собранной информации все возрастал, то те философы, которые охватывали более пространные области изучения, вынуждены были специализироваться, выбирая какой-то один сегмент в качестве точки приложения научных усилий. Эти сегменты получили

Символов на странице: Страница:

1
2
3
. . .
последняя (347) »

Рычаг Архимеда

Главная /
Физика /
Вращение /
Важные открытия /
Рычаг Архимеда

Важные открытия /
Рычаг Архимеда
- Введение
- Важные открытия
- Рычаг Архимеда
- Подробные темы
- Большие темы
- В реальном мире
- Условия
- Викторины
- Лучшее из Интернета
- Цитаты
- Содержание
- НАЗАД
- СЛЕДУЮЩИЙ
Древняя Греция произвела немало блестящих умов — Пифагор-математик/философ, Евклид-математик/философ, Платон-математик/философ, Леонид-воин/ЭТО-ЕС-СПАРТА-ер — но даже среди этих образцовых компания, Архимед Сиракуз выделяется. Архимед был типичным несравненным гениальным эрудитом, знатоком практически любой области, где используются числа (обычные подозреваемые: математика, физика, астрономия, инженерное дело, осадные войны).
Хотя работы Архимеда по геометрии и плавучести могут быть его самыми глубокими и уникальными открытиями, старый Арчи также внес ключевой вклад в область вращательного движения в форме своего «Закона рычага», впервые опубликованного около 250 г. до н.э. в захватывающем бестселлере
О равновесии самолетов ¹ . В этом обширном и трагическом Bildungsroman о любви и утрате и о том, как вычислить центр тяжести различных геометрических фигур, Архимед предложил объяснение рычага, одной из самых простых машин человечества.
Архимед не был первым, кто изобрел рычаг, но он был первым, кто успешно описал, почему он работает — почему лом может открыть застрявшую дверь, почему тачка может помочь вам поднять тяжелый груз, почему шатающийся качели на качелях. Все сводится к концепции под названием крутящий момент : чем больше сила или, что более важно для рычагов, чем дальше сила приложена от точки поворота рычага, тем больше эта сила хочет повернуть рычаг. Небольшая сила, приложенная к концу длинного рычага, может создать крутящий момент, достаточный для перемещения тяжелых грузов на другой конец рычага, что современные инженеры и физики называют «механическим преимуществом», а древние греки — «законом рычага». . По словам самого Архимеда, «эврика».

То, что это объяснение было единственным в древнем мире, не делало Архимеда особенно скромным человеком (хотя это мог быть изобретённый им луч смерти или гигантская аркадная игра с когтями, которую он использовал для защиты Сиракуз от римляне). «Дайте мне рычаг достаточной длины и точку опоры, на которую я мог бы его поставить, — якобы сказал Архимед, — и я переверну мир».
- НАЗАД
- СЛЕДУЮЩИЙ
Процитировать эту страницу
Архимед и простые машины, которые двигали мир
Обзор
«Дайте мне точку опоры, — как говорят, пообещал Архимед, — и я переверну мир». В этой, возможно, апокрифической цитате греческий математик, ученый и изобретатель обсуждал принцип рычага и точки опоры, но он вполне мог описать всю свою карьеру. В дополнение к своим математическим исследованиям и работе над плавучестью Архимед внес свой вклад в изучение по крайней мере трех из пяти простых механизмов — лебедки, шкива, рычага, клина и винта, известных в древности. Его исследования значительно расширили знания о том, как работают вещи, и его практическое применение остается жизненно важным и сегодня; поэтому его справедливо называют «отцом экспериментальной науки».
Предыстория
Родившийся в греческом городе Сиракузы на Сицилии, Архимед (287?-212 до н.э.) был родственником одного из царей этого города, Гиерона II (308?-216 до н.э.). Сын астронома по имени Фидий, он отправился в Александрию около 250 г. до н.э. учиться у Конона и других математиков, бывших учениками Евклида (330–260? гг. до н. э.). Позже он вернулся в свой родной город, где и прожил остаток своей жизни.

Хотя он внес большой вклад в понимание рычага, винта и шкива, Архимед не изобрел ни одну из этих машин. Из этих трех рычаг, возможно, является самым старым, поскольку он использовался в той или иной форме на протяжении столетий до того, как он написал на эту тему. На самом деле, более подходящее название для этой простой машины — «рычаг и точка опоры», поскольку рычаг опирается на точку опоры как на точку опоры. Простейшим примером работы этой машины было бы использование лома (рычага), уравновешенного на деревянном бруске (точка опоры), что значительно увеличивает грузоподъемность оператора.
Рычаги появились еще в 5000 г. до н.э. в форме простых весов, и в течение нескольких тысяч лет рабочие на Ближнем Востоке и в Индии использовали похожий на кран рычаг, называемый шадуф , для подъема контейнеров с водой. Вклад Архимеда заключался в его объяснении свойств рычага и в расширенном применении этого устройства. Точно так же он использовал винтовой принцип для улучшения шадуфа и других элементарных насосных устройств.
Шадуф, впервые использовавшийся в Месопотамии около 3000 г. до н. э., состоял из длинного деревянного рычага, который вращался на двух вертикальных стойках. На одном конце рычага был противовес, а на другом шест с прикрепленным ведром. Оператор надавил на шест, чтобы наполнить ведро водой, а затем использовал противовес, чтобы поднять ведро. Примерно к 500 г. до н. э. другие в обиход вошли водоподъемные устройства, такие как водяное колесо.
Другим водоподъемным устройством была ковшовая цепь со шкивом, которая, как полагают, служила средством полива Висячих садов Вавилона. Архимед, со своей стороны, применил винтовой принцип к насосу и значительно улучшил использование шкива для подъема. Блок тоже был древним по происхождению: хотя первое подъемное устройство датируется примерно 1000 г. до н.э., графические данные свидетельствуют о том, что шкивы могли использоваться уже в девятом тысячелетии до н.э.
Impact
Возвращаясь теперь к теме рычага, следует отметить, что Архимед был в первую очередь математиком и физиком, а уже во вторую очередь изобретателем. Такова была не только его роль в истории, но и то, как он видел себя: подобно практически всем великим мыслителям греческого и римского мира, он рассматривал роль ученого-практика наравне с ремесленником, а поскольку большинство ремесленники были рабами, он считал прикладную науку чем-то бесконечно менее благородным, чем чистая наука. Это, конечно, ирония, учитывая его большой вклад в прикладную науку, но это также важно для понимания его работы над рычагом и другими механизмами. В каждом случае его практический вклад исходил из теоретического объяснения.
Что касается рычага, Архимед объяснил лежащие в его основе соотношения силы, нагрузки и расстояния от точки опоры, а также установил закон, регулирующий использование рычагов. В формулировке Архимеда плечо усилия равнялось расстоянию от точки опоры до точки приложения усилия, а плечо нагрузки равнялось расстоянию от точки опоры до центра груза. Установленное таким образом усилие, умноженное на длину рычага, равно нагрузке, умноженной на длину рычага, а это означает, что чем длиннее конец усилия, тем меньше сила, необходимая для подъема груза. Проще говоря, если кто-то пытается поднять особенно тяжелый камень, лучше всего использовать более длинный лом и размещать точку опоры как можно ближе к камню или грузу.
Примерно через три столетия после Архимеда Герой Александрийский (I век н.э.) расширил свои законы о рычагах. Затем в 1743 году Джон Уайатт (1700-1766) представил идею составного рычага, в котором два или более рычага работают вместе, чтобы еще больше уменьшить усилие — принцип, проиллюстрированный на примере работы кусачки для ногтей. Физики также применили законы Архимеда о работе рычагов к ситуациям, в которых точка опоры находится за пределами нагрузки (как в случае с тачкой, колесо которой служит точкой опоры) или за пределами усилия (как в случае щипцов, в которых локтевой сустав служит опорой). как точка опоры).
Что касается винта, Архимед дал теоретическую основу, в данном случае с формулой простой спирали, и перевел ее в очень практичный винт Архимеда, устройство для подъема воды. Изобретение состоит из металлической трубы в форме штопора, которая при вращении вытягивает воду вверх. Он оказался особенно полезным для подъема воды из трюма корабля, хотя и сегодня во многих странах он по-прежнему используется в качестве простого насоса для выкачивания воды из-под земли.
Некоторые историки утверждают, что Архимед не изобретал винтовой насос, а видел его образец в Египте. В любом случае он разработал практическую версию устройства, и вскоре оно получило применение во всем древнем мире. Археологи обнаружили винтовой пресс для оливкового масла в руинах Помпеи, разрушенный извержением вулкана Везувий в н. э. 79, а позже Герой упомянул об использовании винтового станка в своем Mechanica. Безусловно, винт является широко используемым устройством в наше время, и хотя его изобретение нельзя отнести к до Архимеда, несомненно, он повлиял на расширение его применения. Так, в 1838 году, когда американский инженер шведского происхождения Джон Эрикссон (1803–1899) продемонстрировал использование корабельного гребного винта, он сделал это на корабле, который назвал «Архимед».
Опять же, в случае со шкивом, Архимед усовершенствовал установленную форму технологии, предоставив теоретическое объяснение. Он показал, что шкив, который можно определить как любое колесо, поддерживающее веревку или другой вид троса для передачи движения и энергии, работает по тому же принципу, что и рычаг, т. е. шкив дает оператору механическое преимущество за счет уменьшения усилия, необходимого для перемещения объекта.
Единственный шкив дает небольшое механическое преимущество, но примерно к 400 г. до н.э. греки использовали составные шкивы или шкивы с несколькими колесами. Опять же, Архимед усовершенствовал существующую технологию, создав первую полностью реализованную систему блокировки и талей с использованием составных шкивов и кранов. Согласно одной истории, он продемонстрировал это, переместив полностью загруженный корабль в одиночку, оставаясь при этом на некотором расстоянии. В эпоху позднего Нового времени системы составных шкивов найдут применение в таких повседневных устройствах, как лифты и эскалаторы.
Исследования Архимеда в области гидромеханики породили самую известную историю, связанную с ним. Говорили, что, пытаясь взвесить золото в царской короне, Архимед открыл принцип плавучести: когда предмет помещают в воду, он теряет ровно столько веса, сколько вес вытесненной им воды. Предположительно, он сделал свое открытие в ванне и был так взволнован, что пробежал голым по улицам Сиракуз с криком «Эврика!» или «Я нашел это». Опять же, сама история может быть апокрифической, но ее применение вполне реально: благодаря принципу Архимеда кораблестроители поняли, что лодка должна иметь достаточно большой объем, чтобы вытеснять достаточно воды, чтобы уравновесить ее вес.
В области математики Архимед разработал первую достоверную цифру для числа π, а в своих работах с криволинейными поверхностями использовал метод, аналогичный исчислению, который был разработан лишь примерно 2000 лет спустя Исааком Ньютоном (1642–1727) и Готфридом. Вильгельм Лейбниц (1646-1716). Будучи астрономом, он разработал невероятно точную самодвижущуюся модель Солнца, Луны и созвездий, которая даже показывала затмения в режиме замедленной съемки. В модели использовалась система винтов и шкивов для перемещения глобусов с разной скоростью и по разным направлениям. Кроме того, он провел важные исследования гравитации, баланса и равновесия, выросшие из его работы с рычагами.
Во время Второй Пунической войны (218–201 гг. до н. э.) Архимед работал военным инженером в Сиракузах, боровшихся с римлянами, и либо изобрел, либо усовершенствовал устройство, которое оставалось одним из наиболее важных видов военных технологий на протяжении почти два тысячелетия: катапульта. Говорят также, что он создал набор линз, которые, используя свет Солнца, могли поджигать корабли на расстоянии. Но Архимед, возможно, был слишком успешен в своих военных действиях: он был убит римским солдатом, без сомнения, в качестве возмездия, когда Рим взял Сиракузы.
Архимед остается одной из выдающихся фигур как чистой, так и прикладной науки. Он разработал трехэтапный процесс проб и экспериментов, который помог заложить основу для научной работы в последующие века: во-первых, принципы продолжают работать даже при больших изменениях размера приложения; во-вторых, что механические игрушки и лабораторные эксперименты могут найти практическое применение; и в-третьих, что при решении механических задач и проектировании оборудования должна применяться рациональная пошаговая логика.