шем же добавлении блоков будет получаться не выигрыш в силе, а проигрыш.
Вот почему на практике обычно не применяют механизмы из блоков, дающие выигрыш более чем в шесть — восемь раз. Механизм, дающий выигрыш в восемь раз, мы с вами только что разобрали. Если убрать один подвижной блок, выигрыш в силе будет только в четыре раза. Но как получить выигрыш в шесть раз?
Для этого служат механизмы, показанные на рисунках 20 и 21.
Рис. 21. Полиспаст.
Первый из них называется талями, второй — полиспастом. Каждый механизм состоит из двух обойм. В верхней закреплены три неподвижных блока, в нижней— три подвижных. Поднимаемый груз подвешен к нижней обойме. Действующий груз прикреплен к концу нити, пропущенной через все блоки последовательно. Что будет, если вытянуть конец нити, скажем, на 60 мм? Нижняя обойма несколько поднимется. При этом все шесть участков нити, на которых обойма висит, укоротятся одинаково, то есть на 10 мм каждый. Значит, и обойма поднимется на 10 мм, иными словами, получится проигрыш в расстоянии в шесть раз. Во столько же раз будет и выигрыш в силе.
Тали и полиспасты можно наращивать и дальше, увеличивая число блоков в обоймах. При этом будут получаться выигрыши в силе, равные числу участков нити между обоймами. Но сила трения «съедает» получаемое преимущество.
Сделать оба механизма несложно. Блок — точеный или из щечек от катушки. Их изготовление было описано в предыдущей статье. Если делаете тали, все шесть блоков нужны одинакового диаметра. Для полиспаста нужны три пары блоков разного диаметра. Их можно, например, сделать из трех пар разных катушек: малых (от шелковых ниток), обычных и больших (от самых толстых ниток).
Изготовление обойм понятно из рисунка 19 и предыдущей статьи. Как делать перегрузки, сказано выше.
Интересно, что такие механизмы до сих пор применяются в технике. С помощью талей и полиспастов в парусном флоте поднимали и опускали паруса. На судах с механическим двигателем тали применяются для подъема и спуска на воду спасательных шлюпок.
На рисунке 22 показано применение блоков для натяжения контактных проводов электрической железной дороги.
Рис. 22. Натягивание проводов с помощью блоков.
Прибор для определения коэффициента трения
Прибор, который мы построим, позволит определять коэффициенты трения скольжения и трения качения.
Основные части прибора — доска с кронштейнами и блоками и грузовая площадка. Понадобятся еще гири весом от 100 г до 2 кг.
Если гирь у вас нет, можете изготовить их сами; форма гири значения не имеет, важен только ее вес. Поэтому можете сделать гири из свинца, стали, меди, чугуна, даже из кусков кирпича. После того как отольете, отпилите или отобьете такую «гирю», взвесьте ее на весах и напишите вес прочной краской. Если хотите, чтобы вес выражался круглой цифрой (скажем 200 г, а не 214,5 г.), спилите излишек «гири» напильником. Самодельные гири запрещено применять в торговле и в технике. Но для лаборатории юного физика они вполне подойдут.
Размеры доски прибора: длина 40–50 см, ширина 120–150 мм, толщина 15–20 мм.
С боков подстрогайте доску под углом, чтобы она расширялась кверху. Всю доску чисто обстрогайте и отшлифуйте шкуркой. Красить и лакировать ее не нужно.
Для того чтобы определять коэффициенты трения по стали, меди, латуни, алюминию, подберите листы из этих материалов и сделайте из них «чехлы» на доску. «Чехлы» должны надвигаться со свободного конца, пока не упрутся в кронштейны. Загнутые края «чехлов» будут охватывать бока доски, сужающиеся книзу. Это не даст им отставать от доски. Кронштейны не дадут «чехлам» съехать вперед.
Грузовая площадка — это просто кусок доски размером 50x100 мм. С одной стороны гладко обстрогайте ее и отшлифуйте шкуркой, с другой — обейте гладкой листовой сталью. Шляпки гвоздей ни в коем случае не должны торчать снизу. Лучше края стального листа загнуть и прибить к площадке с боков. Переворачивая площадку, сможете определять коэффициенты трения для дерева и для стали.
В серединах короткой и длинной сторон площадки вбейте по петельке для закрепления нитки. После этого взвесьте площадку и напишите на ней ее вес.
Кронштейны для роликов расчертите по рисунку 23 на листке жести или латуни толщиной 0,5–0,8 мм и вырежьте по контуру.
Рис. 23. Прибор для определения коэффициента трения.
Сложите заготовки вместе, зажмите в тиски и опилите по контуру. Затем просверлите отверстия для осей роликов через обе заготовки сразу. Снова точно совместив заготовки, убедитесь, что отверстия совпадают. В таком положении еще раз зажмите их в тиски и молотком отогните нижние полки в противоположные стороны. Отверстия в полках под гвоздики, крепящие кронштейны к доске, можете сверлить но отдельности; здесь совмещение не требуется.
Торчащие «ушки» кронштейнов отогните плоскогубцами пока примерно на 90°. После этого прибейте кронштейны к доске. Просвет между ними подберите по блокам с шайбами.
Блоки сделайте из средней части («гильзы») катушки от ниток. Насадите гильзу на карандаш, отрежьте два блока шириной по 8 мм и круглым надфилем пропилите в них по окружности канавки. Чтобы канавки были ровными, лучше всего пропиливать их, зажав гильзу в патрон токарного или сверлильного станка или хотя бы дрели. В этом случае канавки пропилите сначала, а потом уже, не останавливая вращения, отрежьте блоки от гильзы острой стамеской.
Из отрезков карандаша, сидящих внутри блоков, вытолкните грифель. Подберите гвоздики такой толщины, чтобы блоки легко на них вращались, и отрежьте кусачками две оси такой длины, чтобы они выступали за края блоков вместе с шайбами по 2 мм с каждой стороны. Из медной проволоки согните на этих осях по две шайбы на каждый блок. Собрав блоки с шайбами на осях, окончательно загните «ушки» кронштейнов так, чтобы оси не могли выпасть.
Для определения трения скольжения положите доску плашмя на стол и перекиньте нитку от грузовой площадки через нижний блок кронштейнов. Нитка должна идти параллельно доске. Нагрузив площадку гирей весом в 1 кг, тяните за свободный конец нитки динамометром так, чтобы площадка с грузом двигалась равномерно. Заметьте показание динамометра. Коэффициент трения равен силе тяги, деленной на вес площадки вместе с грузом.
Если подходящего динамометра у вас нет, привяжите к концу нитки ведерко и насыпайте в него песок или дробь до тех пор, пока площадка с грузом не придет в равномерное движение. После этого ведерко с дробью взвесьте.
Для большей точности можете для каждой пары материалов повторить опыт несколько раз, изменяя вес положенного на площадку груза. Значения коэффициента трения будут получаться очень близкими. Если какое-нибудь из них будет сильно отличаться, отбросьте его, а из остальных возьмите среднее арифметическое.
Прицепляя грузовую площадку к нити широкой или узкой стороной, вы сможете убедиться, что сила тяги от этого не меняется.
Трение качения можно определить подобным же образом, только под грузовую площадку надо подложить несколько круглых карандашей. Нитку теперь нужно перекинуть не через нижний, а через верхний блок кронштейна. Ведь она должна быть параллельна доске, а грузовая площадка, уложенная на круглые карандаши, стала выше на 8 мм (диаметр обычных школьных цветных карандашей).
Вы легко убедитесь, что коэффициент трения качения примерно в десять — двадцать раз меньше, чем коэффициент трения скольжения. Именно поэтому в современной технике такую важную роль играют подшипники качения.
Простейшая паровая турбина
Паровая турбина приводится в движение струей пара, ударяющей в лопатки стального колеса. Простейшую модель, показывающую принцип действия паровой турбины, можно сделать из консервных банок.
Подберите две одинаковые банки такой формы, как показано на рисунке 24.
Рис. 24. Простейшая паровая турбина.
Прокипятите их и промойте горячей водой с ершиком, чтобы удалить все остатки содержимого. От одной банки отрежьте закатанный ободок с той стороны, где она открыта. От другой банки отрежьте дно, оставив бортик высотой примерно 15 мм.
Вставьте дно с бортиком в банку с отрезанным ободком и хорошо пропаяйте по окружности. Если дно не будет входить, наружную банку наденьте на отрезок стальной трубы, зажатый в тиски, и слегка расклепайте край стенки молотком.
Котел турбины готов. В крышке его нужно сделать два отверстия — для наливания воды и для выхода пара.
Водоналивное отверстие лучше всего завинчивать гнездом от старого штепселя. К крышке котла припаяйте гайку гнезда. Чтобы удобно было завинчивать, в головку гнезда впаяйте проволочную петельку.
На гнездо наденьте свинцовую шайбу толщиной 2–3 мм. Ее можно сделать из пломбы, расплющенной молотком, или из свинцовой оболочки кабеля. Шайба из кожи или резины работает гораздо хуже. А свинцовая совершенно плотно закрывает отверстие и служит очень долго. Нужно только несколько раз плотно завинтить и отвинтить гнездо, чтобы свинец хорошо притерся к гайке.
Пар из котла лучше всего выпускать через капсюль от примуса. Тогда он будет бить узкой, сильной струйкой прямо в лопасти колеса.
В крышке котла, отступя 20 мм от ее центра, проделайте отверстие. Капсюль должен входить в него своей нарезанной частью. Вставьте капсюль в отверстие и аккуратно пропаяйте кругом.
Для нагревания котла проще всего воспользоваться таблетками «сухого спирта», которые обычно берут с собой охотники и туристы. Жечь их нужно в плоской металлической баночке. Только целую таблетку не кладите: она горит так жарко, что котел может распаяться. Раскрошите таблетку на кусочки величиной с горошину и подкладывайте их по одному.
Можно взять лабораторную спиртовку или газовую горелку, если она есть в школьном физическом кабинете. Спиртовку можете сделать и сами из бутылочки. Трубочку для фитиля сверните из жести на большом гвозде. Длина трубочки 20 мм. На трубочку насадите жестяную шайбу наружным диаметром 20 мм. Фитиль сверните из гигроскопической ваты. Лучшее горючее для спиртовки — денатурированный спирт.