レバー、ブロック、傾斜面。発明と生産の歴史

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レバー、ブロック、傾斜面。発明と生産の歴史

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すでに古くから、人々はおもりを持ち上げるためにレバー、ゲート、傾斜面などの単純なメカニズムを使用し始めました。その後、ブロックとネジが追加されました。これらの単純なデバイスにより、人の筋肉の努力を倍増させ、他の状況下では完全に耐えられないような体重に対処することが可能になりました。

単純なメカニズムの動作原理はよく知られています。たとえば、荷物を特定の高さまで引っ張る必要がある場合は、急な傾斜よりも緩やかな傾斜を使用する方が常に簡単です。また、傾斜が小さいほど、作業がしやすくなります。この関係には明確な数式があります。傾斜面の角度がdの場合、荷重を垂直に持ち上げるよりも、それに沿って荷重をドラッグする方が1 /sind倍簡単です。角度が45度の場合、作業量は1倍、5度の場合は30倍、角度が2度の場合は5倍、角度が11度の場合は1倍になります。

確かに、力が得られるものはすべて距離が失われます。なぜなら、私たちの努力が何倍減少するか、同じ回数だけ、負荷を引きずる必要がある距離が増加するからです。ただし、時間と距離が大きな役割を果たしていないが、目標自体が重要である場合、つまり最小限の労力で荷物を持ち上げるために、傾斜面は不可欠なアシスタントであることがわかります。

レバー、ブロック、傾斜面
傾斜面

もう一つの単純な機構であるレバーは、私たちの遠い祖先が重い石や丸太を持ち上げたり動かしたりするために常に使用していました。レバーを使用すると、最も簡単で手頃な方法で強度を何倍にも高めることができます。長くて強い棒を丸太の切り株（支柱）の上に置き、もう一方の端を石の下に滑り込ませると、人は棒を単純なレバーに変えました。この状況では、XNUMX つのトルクが石に作用し始めました。XNUMX つは石の重さによるもので、もう XNUMX つは人の手によるものです。石が動くためには、人の筋力による「押す」モーメントが、石の重さによる「押す」モーメントよりも大きくなければなりません。ご存知のとおり、モーメントは加えられた力とレバーのアームの長さの積に等しくなります。この場合、アームとはポールの端（力が加わる点）からレバーまでの距離です。丸太（支点）です。

レバー、ブロック、傾斜面
レバー

人が押す肩が石の下に滑り込む肩よりも15〜20倍長い場合、人の力もそれぞれ15〜20倍増加することを計算するのは簡単です。つまり、人はあまり力を入れなくても、XNUMX トンの重さの石を動かすことができます。

固定ブロック - 古代に広まったXNUMX番目のメカニズム - は、シュート付きのホイールで、その軸は壁または天井の梁にしっかりと取り付けられています。車輪の上にロープを掛け、反対側の端を荷物に取り付けると、ブロックの取り付け高さまで持ち上げることができます。固定されたブロックは強度の向上をもたらしませんが、ウェイトを持ち上げるときにしばしば非常に重要な方向を変える機会を提供します.

レバー、ブロック、傾斜面
固定ブロック

そのすべての原始性にもかかわらず、単純なメカニズムが古代人の能力を大幅に拡張しました。これを確信するには、古代エジプト人の巨大な建物を思い出すだけで十分です。たとえば、Cheops ピラミッドの高さは 146 m で、その建設には 23300000 万個の石のブロックが必要であり、それぞれの重量は平均で約 2 トンであったと推定されています。しかし、これは制限ではありませんでした-寺院の建設中に、エジプト人は巨大なオベリスクと彫像を輸送、持ち上げ、設置しました。その重量は数十トンから数百トンでした！

これらの古代の建築者は、巨大なブロックや彫像を非常に高く持ち上げるためにどのようなメカニズムを使用しましたか? ブロック、レバー、傾斜面など、同じ単純なデバイスを使用して、これらすべてを実行できることがわかりました。巨大な彫像や石の塊が、大勢の人によって引っ張られた巨大なそりに引きずり込まれました。労働者はそれぞれ、肩にロープを掛けていました。ローラーはそりの下に置かれ、荷物を引っ張った後、持ち上げられ、再びスキッドの下に置かれました。

レバー、ブロック、傾斜面
古代エジプト人の木のブロック

障害を克服するために、そりはレバーの助けを借りて持ち上げられました。彼らは切り出した丸太を使っていたからです。さまざまなサイズの特別に作られたウェッジがストップとして機能しました。作品には音楽が添えられていました。エジプト人の主な持ち上げ装置は傾斜面、つまり傾斜路でした。ランプの骨格、つまりランプを互いに短い距離で横切る側面と仕切りは、レンガでできていました。空隙は葦と枝で埋められました。

ピラミッドが成長するにつれて、傾斜路が建設されました。これらの傾斜路では、てこで助けながら、地面と同じように石がそりに引きずり込まれました。ランプの角度は非常にわずかで、5 ～ 6 度でした。したがって、たとえば、高さ46メートルのカフラー王のピラミッドへの傾斜した道路の長さは約XNUMXキロメートルでした。したがって、より高いピラミッドを建設するには、さらに長い傾斜路を建設する必要がありました。

長い石のブロックや彫像を持ち上げるときには、他の方法が使われました。これにはブロックが使用されました。しかし、重さ300トンまでのオベリスクや重さ1000トンに達する巨大な王の像など、ブロックの助けを借りて巨大な石を持ち上げることは不可能です。

このような彫像やオベリスクを設置するには、かなりの準備作業が必要でした。ここでも、傾斜面 - ランプ - が持ち上げ装置として機能しました。まず、台座の両側に石垣を立てます。そのうちのXNUMXつには、取り付けられたオベリスクの高さより少し低い傾斜面が取り付けられていました。傾斜路の XNUMX つの壁はすべて、いわばレンガの井戸を形成していました。貫通廊下は、地上の壁の XNUMX つに作られました。内部の空間全体が砂で覆われていました。そして、傾斜面に沿って、完成したオベリスクを土台を前に引きずりました。その後、壁の廊下から砂が運ばれ始め、オベリスクは自重で台座にスムーズに降り始め、徐々に垂直な位置になりました。設置後、壁とスロープを解体しました。

傾斜面とテコを多用した古代エジプト人は、単純な機構の根底にある法則をまったく考えていなかったようです。少なくとも、バビロニア語やエジプト語の文書で、彼らの行動を説明したものは XNUMX つもありません。この研究は、古代ギリシャの科学者によってのみ行われました。てこ、傾斜面、ブロックの動作に関する古典的な計算は、シラクサの優れた古代の機械工アルキメデスに属しています。アルキメデスは動くブロックの機械的性質を研究し、それを実用化しました。アテナイオスによれば、「シュラクサイの暴君ヒエロンが建造した巨大な船を進水させるために、彼らは多くの方法を思いつきましたが、機械工のアルキメデスだけが数人の助けを借りて船を動かすことができました。アルキメデスはブロックを配置し、それを通して進水させました。巨大な船; 彼はブロック装置を思いついた最初の人でした」.

この証拠から、アルキメデスは単純なメカニズムの特性を研究しただけでなく、次のステップを踏み出したことがわかります。彼は、加えられた力を掛けることができる可動ブロックと固定ブロックのシステム（現代のホイストに似ています）の助けを借りて船を動かすことができた可能性があります。

ローマ人がアルキメデスの故郷を攻撃したとき、彼はその知識を軍事技術に応用しました。彼の図面によると、シュラクサイ人は多種多様な軍用車両を製造していました。その中には武器を投げていました。巨大な石をローマの船に投げつけたスイベルクレーン。鎖につながれた鉄の足で、敵の船を捕らえてひっくり返しました。

著者：Ryzhov K.V.

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いくつかの異なる XNUMXD プリント技術があり、その本質は、目的の形状のオブジェクトをレイヤーごとに作成することです。広く使用されている方法の XNUMX つは、レーザー光造形法です。それはどのように機能しますか？この製品は、紫外線レーザーの作用で硬化する特殊な物質である液体フォトポリマーから作られています。レーザービームはパーツの輪郭に沿って照射され、照射された領域は固体になり、照射されていない領域は液体のままになります。作成中の製品は、液体ポリマーの槽に層ごとに浸漬されます。工程が終了すると、完成品を槽から取り出し、未反応のポリマーを取り除き、最終加工を行います。この技術はよく開発され、世界中で使用されています。しかし、彼女にはXNUMXつの欠点があります。それは、時速数ミリメートルを超えない速度です。結局のところ、最終的に印刷されるときに半日以上待たずに、できるだけ早く完成した結果を得たいと常に思っています。

3D プリントの何がそんなに遅いのですか? プロセス全体で最も遅い段階は、ポリマーの硬化であることが判明しました。ここでのポイントは、レーザーやポリマー自体ではなく、空気中の酸素にあります。このガスの分子は、液体ポリマーの上層に溶解し、硬化を遅らせます。レーザー放射は、ポリマー材料の分子を互いに結合し始めて固体になる活性分子を生成します。一方、酸素はこのプロセスを積極的に妨害し、その結果、ポリマーは硬化するよりもはるかに長く硬化します。

もちろん、酸素の代わりに窒素などを含む密閉チャンバーに 3D プリンターを配置することもできますが、これは XNUMXD プリンターの主な利点の XNUMX つである使いやすさを完全に台無しにしてしまいます。しかし、化学者はエンジニアと協力して、酸素分子の「有害な」活動をテクノロジーに役立つチャネルに向ける方法を考え出し、印刷速度をXNUMX倍に上げることができました. このためには、すべてを逆さまにする必要がありました。

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