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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Hebel, Block, schiefe Ebene. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Bereits in der Antike begannen die Menschen, einfache Mechanismen zum Heben von Gewichten zu verwenden: einen Hebel, ein Tor und eine schiefe Ebene. Später wurden ihnen ein Block und eine Schraube hinzugefügt. Diese einfachen Geräte ermöglichten es, die Muskelanstrengungen eines Menschen zu vervielfachen und solche Gewichte zu bewältigen, die unter anderen Umständen völlig unerträglich wären. Das Funktionsprinzip einfacher Mechanismen ist gut bekannt. Wenn Sie beispielsweise eine Last auf eine bestimmte Höhe ziehen müssen, ist es immer einfacher, eine sanfte Steigung zu verwenden als eine steile. Je flacher der Hang ist, desto einfacher ist es außerdem, diese Arbeit zu erledigen. Diese Beziehung hat einen klaren mathematischen Ausdruck. Wenn die schiefe Ebene einen Winkel d hat, ist es 1/sin d-mal einfacher, die Last entlang zu ziehen, als sie vertikal anzuheben. Wenn der Winkel 45 Grad beträgt, ist unsere Anstrengung 1-mal geringer, bei 5 Grad - 30-mal weniger, bei einem Winkel von 2 Grad werden wir 5-mal weniger Aufwand aufwenden und bei einem Winkel von 11 Grad - 1-mal! Alles, was an Kraft gewonnen wird, geht freilich an Distanz verloren, denn um wie viel Mal sich unsere Anstrengung verringert, um wie viel Mal nimmt die Entfernung zu, über die wir die Last schleppen müssen. In Fällen, in denen Zeit und Weg keine große Rolle spielen, aber das Ziel selbst wichtig ist – die Last mit dem geringsten Kraftaufwand zu heben, erweist sich die schiefe Ebene als unverzichtbarer Helfer.
Ein weiterer einfacher Mechanismus – ein Hebel – nutzten unsere entfernten Vorfahren ständig, um schwere Steine und Baumstämme anzuheben und zu bewegen. Mit dem Hebel erreichen Sie mit einfachsten und kostengünstigsten Mitteln einen mehrfachen Kraftzuwachs. Eine Person stellte eine lange und starke Stange auf einen Baumstamm (Stütze) und schob das andere Ende unter einen Stein. So verwandelte sie die Stange in einen einfachen Hebel. In dieser Situation begannen zwei Drehmomente auf den Stein einzuwirken, eines durch das Gewicht des Steins und das andere durch die Hand einer Person. Damit sich der Stein bewegen kann, muss das „drückende“ Moment durch die Muskelkraft einer Person größer sein als das „drückende“ Moment durch das Gewicht des Steins. Wie Sie wissen, ist das Moment gleich dem Produkt aus der ausgeübten Kraft und der Länge des Hebelarms – in diesem Fall ist der Arm der Abstand vom Ende der Stange (dem Kraftangriffspunkt) bis der Baumstamm (der Drehpunkt).
Es ist leicht zu berechnen, dass, wenn die Schulter, auf die die Person drückt, 15-20-mal länger ist als die, die unter den Stein gerutscht ist, die Kraft der Person ebenfalls um das 15-20-fache zunimmt. Das heißt, eine Person kann, ohne sich wirklich anzustrengen, einen tonnenschweren Stein bewegen! Der feste Block - der dritte in der Antike weit verbreitete Mechanismus - ist ein Rad mit einer Rutsche, deren Achse starr an einem Wand- oder Deckenbalken befestigt ist. Wenn Sie ein Seil über das Rad werfen und das andere Ende an der Last befestigen, können Sie es auf die Höhe der Blockbefestigung heben. Ein fester Block bringt keinen Kraftzuwachs, bietet aber die Möglichkeit, seine Richtung zu ändern, was beim Heben von Gewichten oft von großer Bedeutung ist.
Bei aller Primitivität erweiterten einfache Mechanismen die Fähigkeiten des Menschen der Antike erheblich. Um sich davon zu überzeugen, genügt es, sich an die gigantischen Bauwerke der alten Ägypter zu erinnern. Beispielsweise hatte die Cheops-Pyramide eine Höhe von 146 m. Für ihren Bau wurden schätzungsweise 23300000 Steinblöcke benötigt, von denen jeder durchschnittlich etwa 2 Tonnen wog. Aber das war nicht die Grenze - während des Baus von Tempeln transportierten, errichteten und installierten die Ägypter kolossale Obelisken und Statuen, deren Gewicht Dutzende und Hunderte von Tonnen betrug! Welche Mechanismen nutzten diese alten Baumeister, um gigantische Blöcke und Statuen in eine große Höhe zu heben? Es stellt sich heraus, dass dies alles mit denselben einfachen Geräten möglich ist - einem Block, Hebeln und einer schiefen Ebene. Kolossale Statuen und Steinblöcke wurden auf massive Schlitten gezogen, die von einer großen Anzahl von Menschen gezogen wurden. Jedem der Arbeiter wurde ein Seil über die Schulter geworfen. Unter den Schlitten wurden Rollen gelegt, die nach dem Ziehen der Last aufgenommen und wieder unter die Kufen gestellt wurden.
Um Hindernisse zu überwinden, wurde der Schlitten mit Hilfe von Hebeln angehoben. Da sie behauene Baumstämme verwendeten. Als Anschläge dienten eigens angefertigte Keile unterschiedlicher Größe. Begleitet wurde die Arbeit von Musik. Das Haupthebegerät der Ägypter war eine schiefe Ebene - eine Rampe. Das Skelett der Rampe, dh ihre Seiten und Trennwände, die die Rampe in geringem Abstand voneinander kreuzten, waren aus Ziegeln gebaut; Hohlräume wurden mit Schilf und Zweigen gefüllt. Als die Pyramide wuchs, wurde die Rampe angebaut. Auf diesen Rampen wurden Steine auf Schlitten wie auf dem Boden gezogen, während sie sich mit Hebeln bedienten. Der Rampenwinkel war sehr gering – 5 oder 6 Grad. So hatte beispielsweise die abschüssige Straße zur Chephren-Pyramide mit einer Höhe von 46 Metern eine Länge von etwa einem halben Kilometer. Dementsprechend musste für den Bau höherer Pyramiden eine noch längere Rampe gebaut werden. Beim Heben langer Steinblöcke und Statuen wurde auf andere Methoden zurückgegriffen. Dafür wurden Blöcke verwendet. Es ist jedoch unmöglich, mit Hilfe von Blöcken riesige Steine wie Obelisken mit einem Gewicht von bis zu 300 Tonnen und riesige Statuen von Königen mit einem Gewicht von 1000 Tonnen zu erheben, es ist unmöglich. Um solche Statuen und Obelisken aufzustellen, mussten erhebliche Vorarbeiten geleistet werden. Auch hier diente eine schiefe Ebene – eine Rampe – als Hebevorrichtung. Zunächst wurden auf beiden Seiten des Sockels Steinmauern errichtet. An einem von ihnen war eine schiefe Ebene angebracht, die etwas weniger als die Höhe des installierten Obelisken betrug. Alle vier Wände der Rampe bildeten gleichsam einen gemauerten Brunnen. In einer der Wände wurde im Erdgeschoss ein durchgehender Korridor angelegt. Der gesamte Innenraum war mit Sand bedeckt. Dann wurde der fertige Obelisk entlang der schiefen Ebene mit der Basis nach vorne gezogen. Danach wurde Sand durch den Korridor in der Wand getragen, und der Obelisk begann unter seinem eigenen Gewicht sanft auf den Sockel herabzusteigen und nahm allmählich eine vertikale Position ein. Nach der Installation wurden Wand und Rampe demontiert. Mit dem ausgiebigen Gebrauch der schiefen Ebene und des Hebels scheinen sich die alten Ägypter keine Gedanken über die Gesetze gemacht zu haben, die einfachen Mechanismen zugrunde liegen. Zumindest ist uns kein einziger babylonischer oder ägyptischer Text überliefert, der ihre Aktion beschreibt. Diese Arbeit wurde nur von Wissenschaftlern des antiken Griechenlands durchgeführt. Klassische Berechnungen der Wirkung eines Hebels, einer schiefen Ebene und eines Blocks gehören zu dem herausragenden antiken Mechaniker Archimedes von Syrakus. Archimedes untersuchte die mechanischen Eigenschaften des beweglichen Blocks und setzte sie in die Praxis um. Laut Athenaeus „hatten sie viele Methoden entwickelt, um das gigantische Schiff zu starten, das vom syrakusanischen Tyrannen Hieron gebaut wurde, aber der Mechaniker Archimedes allein schaffte es, das Schiff mit der Hilfe einiger weniger Menschen zu bewegen; Archimedes arrangierte einen Block und startete durch ihn hindurch ein riesiges Schiff; er war der erste, der ein Blockgerät entwickelte ". Diese Beweise zeigen, dass Archimedes nicht nur die Eigenschaften einfacher Mechanismen untersuchte, sondern auch den nächsten Schritt unternahm – er begann, auf ihrer Grundlage komplexere Maschinen zu bauen, die Bewegungen transformieren und verbessern. Es ist möglich, dass er es geschafft hat, das Schiff mit einem System aus beweglichen und festen Blöcken (ähnlich modernen Hebezeugen) zu bewegen, mit denen Sie die aufgebrachte Kraft vervielfachen können. Als die Römer die Heimatstadt von Archimedes angriffen, wendete er sein Wissen auf die Militärtechnologie an. Nach seinen Zeichnungen bauten die Syrakusaner eine Vielzahl von Militärfahrzeugen. Unter ihnen waren Wurfwaffen; Schwenkkräne, die riesige Steine auf römische Schiffe schleuderten; an Ketten gebundene Eisenpfoten, die feindliche Schiffe eroberten und umstürzten. Autor: Ryzhov K.V.
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