Номер 3, страница 158, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 87. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 3, страница 158.

Условие.

• Механизмы Архимеда.

Решение.

Архимед Сиракузский (ок. 287–212 гг. до н. э.) был не только одним из величайших математиков античности, но и выдающимся инженером и изобретателем. Ему приписывается создание целого ряда механизмов, которые демонстрировали глубокое понимание законов физики и оказали огромное влияние на последующее развитие науки и техники. Вот наиболее известные из них:

Архимедов винт

Это одно из самых известных изобретений Архимеда, предназначенное для подъёма воды. Механизм представляет собой винт (шнек), помещённый внутрь наклонной трубы. Нижний конец трубы опускается в воду. Когда винт приводится во вращение (например, с помощью рукоятки), его лопасти захватывают воду и перемещают её вверх по трубе, пока она не выльется из верхнего отверстия. Простота и эффективность этого устройства были настолько высоки, что оно активно использовалось на протяжении веков для орошения полей, осушения шахт и болот, а также для откачки воды из трюмов кораблей. Модифицированные версии архимедова винта применяются и сегодня, например, в снегоуборочных машинах или для перемещения сыпучих материалов.

Ответ: Архимедов винт — это водоподъёмная машина в виде винта, вращающегося в наклонной трубе, которая позволяет эффективно перемещать жидкость на более высокий уровень.

Рычаг и Полиспаст

Хотя рычаг был известен и до Архимеда, именно он первым создал полную математическую теорию этого механизма. Он сформулировал закон равновесия рычага, согласно которому для достижения равновесия приложенные силы должны быть обратно пропорциональны их плечам (расстояниям от точки опоры). Этот принцип выражается формулой: $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$.

Знаменитая фраза Архимеда «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» как раз иллюстрирует безграничные возможности, которые даёт правильное использование рычага. На основе этого принципа Архимед создал полиспаст — систему подвижных и неподвижных блоков (талей), которая позволяет получить огромный выигрыш в силе. С помощью полиспаста один человек может поднять груз, во много раз превышающий его собственные физические возможности. Согласно легенде, рассказанной Плутархом, Архимед, используя сложную систему блоков, в одиночку смог спустить на воду и сдвинуть с места полностью загруженный трёхмачтовый корабль «Сиракузия».

Ответ: Архимед дал математическое обоснование принципа рычага и на его основе создал полиспаст (систему блоков), который многократно увеличивает приложенную силу, позволяя поднимать сверхтяжёлые грузы.

Военные машины

Во время осады Сиракуз римской армией (214–212 гг. до н. э.) инженерный гений Архимеда проявился в создании мощных оборонительных сооружений.

• Коготь Архимеда: Это было грозное оружие, представлявшее собой подобие гигантского крана, установленного на крепостной стене. Кран был оснащён железным крюком-захватом. Когда вражеский корабль подплывал достаточно близко к стенам, «коготь» опускался, цеплял судно за нос, поднимал его в воздух, а затем либо с силой бросал на прибрежные скалы, либо переворачивал, топя вместе с экипажем.

• Усовершенствованные катапульты: Архимед значительно улучшил существовавшие на тот момент метательные машины (катапульты и баллисты), увеличив их дальнобойность, мощность и точность. Его машины могли метать каменные глыбы весом до 250 кг на значительные расстояния, нанося сокрушительный урон римскому флоту и осадным орудиям.

• Зажигательные зеркала: Это самое легендарное, но и наиболее спорное изобретение. Поздние античные авторы утверждали, что Архимед построил систему больших вогнутых зеркал (или отполированных до блеска медных щитов), которые фокусировали солнечные лучи на римских кораблях и поджигали их на расстоянии. Хотя современные эксперименты показывают, что реализовать это технически крайне сложно, сама легенда свидетельствует о глубоких познаниях Архимеда в области оптики.

Ответ: Для защиты Сиракуз от римлян Архимед разработал ряд мощных военных машин, включая «Коготь Архимеда» для уничтожения кораблей и усовершенствованные катапульты с повышенной дальностью и точностью.

Одометр

Архимеду также приписывается изобретение одного из первых одометров — прибора для измерения пройденного расстояния. Устройство представляло собой тележку, соединённую со сложной системой зубчатых колёс. Механизм был откалиброван таким образом, что после прохождения определённой дистанции (например, одной римской мили) специальный рычаг сбрасывал в контейнер небольшой камень или шарик. В конце пути достаточно было пересчитать количество шариков, чтобы узнать пройденное расстояние в милях.

Ответ: Одометр Архимеда — это механический прибор на основе зубчатых передач, предназначенный для автоматического измерения пройденного пути.

Небесная сфера (Планетарий)

Древнеримский оратор Цицерон писал, что видел два удивительных механизма, созданных Архимедом. Это были механические сферы, которые с высокой точностью моделировали движение небесных тел: Солнца, Луны и пяти известных в то время планет (Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна). Один из этих механизмов, по словам Цицерона, мог даже демонстрировать солнечные и лунные затмения. Фактически, это был первый в истории механический планетарий, который наглядно показывал сложное устройство Солнечной системы, как её представляли в то время. Создание такого прибора требовало высочайшего уровня знаний в астрономии и тончайшего мастерства в механике.

Ответ: «Небесная сфера» Архимеда была сложным механическим планетарием, который моделировал видимое движение Солнца, Луны и планет, демонстрируя его выдающиеся познания в астрономии и механике.