В основі майже будь-якого «класичного» механізму лежить важіль або блок. Найпростіший важіль - це звичайна палиця, що лежить на опорі. У важеля є два плеча - довге та коротке. Плече - це відстань від точки опори важеля до точки прикладання сили. Якщо бути зовсім точним - до лінії прикладання сили (рис.1).

Чудова властивість важеля полягає в тому, що якщо до його короткому плечу прикласти силу, повісити, наприклад, вантаж, то, щоб підняти його або утримати важіль в рівновазі, до довгого плеча доведеться докласти силу в стільки разів менше ваги вантажу, у скільки довге плече більше короткого. Твір величини сили, прикладеної до важеля, на величину довжини плеча цієї сили в механіці називається моментом сили. Розмірність його - Ньютон × метр (Нм). Важіль знаходиться в рівновазі, коли момент сили, яка додається до довгого плеча, дорівнює моменту на короткому плечі і спрямований у протилежний бік.

Цим властивістю важеля люди навчилися користуватися дуже давно. Якщо потрібно підняти важкий камінь, досить засунути під нього довгу міцну палицю або металевий лом, підкласти під цей важіль камінчик поменше або поліно і натиснути на довгий кінець. Таким же чином можна підняти шафа або холодильник (рис. 2). Між іншим, саме з використанням властивостей важеля роблять візки для перевезення меблів в магазинах.

Не менш цікавий блок. Це всього-на-всього насаджений на міцну вісь невеликий ролик з перекинутої через нього мотузкою. Якщо ролик закріпити на високій опорі, то буде зручно піднімати на мотузці невеликі вантажі, наприклад відро з фарбою. Але ніякого помітного полегшення в роботі так не отримати. А ось якщо взяти два ролика, то можна здорово виграти в силі.

Давайте подивимося на схему (рис.3). Уявімо, що мотузка двома кінцями нерухомо закріплена на стелі, а внизу на ній висить ролик з приробленим до його осі гачком. На гачку висить тягар. Мотузка - штука гнучка і здатна чинити опір тільки розтягування. Як кажуть про такі предмети - на вигин і стиск вони не працюють. І справді, гнути, в'язати і комкать мотузку можна скільки завгодно, а порвати (якщо, звичайно, вона хороша) складно. Так ось, мотузка передає зусилля від ваги вантажу на точки підвіски, причому кожна її гілка рівно половину.

Тепер замінимо одне з кріплень мотузки на блок, причепимо його вісь міцно до стелі, а ролику забезпечимо можливість вільно обертатися (ріс.3б). Якщо мотузку не утримувати, то вантаж, зрозуміло, впаде на підлогу. А якщо притримувати? А якщо притримувати, то ви з подивом зауважите, що вантаж не падає, хоча сила, прикладена до мотузки, вдвічі менше ваги вантажу! Ще б пак, подивіться на схему: щоб зберегти систему в рівновазі, потрібно саме така сила! Спробуйте тепер підняти вантаж. Виявиться, що зробити це набагато легше, ніж на мотузці, просто перекинутої через блок. Правда, часу підйом займе більше. А чому? Та тому, що, виграючи вдвічі в силі, ми програємо в стільки ж разів в відстані. І це теж добре видно на схемі.

Якщо замість однієї пари блоків взяти дві, то виграш в силі ще раз подвоїться, а якщо три - то виграш зросте в шість разів (рис.4). Така конструкція з декількох блоків називається поліспасти. Їх використовують в підйомних кранах, ліфтах, на вітрильниках для підйому вітрил. З декількох блоків можна зробити невелику, але дуже зручну і корисну в господарстві ручну лебідку.

Підписи до ілюстрацій

Мал. 1. Плече важеля - це відстань від точки опори (вона позначена літерою А) до лінії прикладання сили F. Величину плеча на малюнку легко визначити, побудувавши з точки опори перпендикуляр до лінії дії сили і вимірявши його довжину. Це і буде плече. Зауважимо: довжина важеля (позначена буквою L) завжди більше (або в крайньому випадку дорівнює) величини плеча. Важіль знаходиться в рівновазі, якщо моменти сил, прикладених до його плечей, дорівнюють один одному і направлені в протилежні сторони.

Мал. 2. Конструкція візка для перевезення меблів заснована на властивостях важеля. Момент від ваги вантажу: М1 = F1h1. Щоб вантаж підняти, потрібно докласти в горизонтальному напрямку силу . Коли візок нахилиться, утримати її дозволить сила . Зауважимо, що F'2> F2 через те, що в міру «завалювання» візки плече h1 збільшується, а плече h2 - навпаки, зменшується.

Мал. 3. Вага вантажу, підвішеного на перекинутої через блок мотузці, передається до точок підвіски кожної її гілкою порівну. У нашому випадку натяг кожної гілки становить 1 кг (вага вантажу і блоку 2 кг). Щоб врівноважити підвішений на блоці вантаж, потрібна противага, що має вдвічі меншу масу.

Мал. 4. Пара блоків, один з яких закріплений на нерухомій осі, а інший - на вільній, називається поліспасти. Якщо блоків два - це простий поліспаст, якщо чотири (тобто дві пари) - це дворазовий поліспаст, якщо вісім - чотириразовий. Скільки блоків в поліспасті, в стільки разів при підйомі можна виграти в силі і рівно в стільки ж разів програти в відстані.