Механизмы архимеда своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Краткие сведения об Архимеде Заслуги Архимеда Метательная машина ближнего действия Полиспаст Машина для полива полей Водоподъемный винт Простые механизмы Простые механизмы в нашей жизни Источники информации Оглавление
Архимед (287-212 гг. до н.э.) – уроженец г. Сиракуз на острове Сицилия – крупнейший математик и механик древности. Ему приписывают свыше 40 различных изобретений Краткие сведения об Архимеде
Доказательства закона о рычаге и закона Архимеда представляют собой первые мысленные эксперименты в истории механики. Архимед успешно применял теорию на практике
Архимед был не только математиком и механиком, но и одним из крупнейших инженеров и конструкторов своего времени. Им построено много машин, основанных на действии простых механизмов , теорию которых он разработал
Разнообразные военные машины для метания копий и дротиков, для поднятия и потопления кораблей увековечили славу Архимеда. Под руководством Архимеда сиракузяне построили множество машин разного назначения Метательная машина ближнего действия
Полиспаст - система (из N штук) подвижных и неподвижных блоков, соединенных в общих держателях, обеспечивающих 2N кратный выигрыш в силе
Архимед изобрел водоподъемный механизм (винт) , сыгравший большую роль в ирригационных работах на засушливых землях египетского государства Птолемеев; он и сегодня применяется в Египте
Механизм – орудие, сооружение . Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы Простые механизмы Простые механизмы Рычаг Наклонная плоскость Блок Ворот Клин Винт
Рычаг - твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры
Блок ( от английского слова block ) – колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь
Ворот - простой механизм, состоящий: из барабана, вращаемого рукояткой или двигателем; и из цепи, наматываемой на барабан
Наклонная плоскость - простой механизм, представляющий собой плоскость, расположенную под углом к горизонту
Клин - простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. При действии силы на основание призмы, возникают две составляющие, перпендикулярные рабочим поверхностям
Винт - изделие цилиндрической или конической формы с винтовой поверхностью
Тут такое дело. На каникулы новогодние ребенку было задано задание придумать проект. Дичайше звучит это для меня. Короче доклад с презентацией. Тема "Ученые древности и их изобретения".
далеко мы не бегали, признаюсь. Сочинили мы про Архимеда. кусочки текста из википедии адаптировали под восьмилетних второклассников, налепили иллюстраций из тырнета. Готово!
Но самое главное! Шнек! Дать ребенку сверло? на маленьком не понятно, а большим поранится. Дать шнек от мясорубки? потеряет — хана мясорубке (а мы ей пользуемся). надо делать модель… Я может плохо искал, но почему-то не нашел подробностей самодельной модельки Архимедова винта. поэтому, на всякий случай, а вдруг пригодится кому-нибудь из молодых папашек, выкладываю мануальчик с картинками…
Итак, Архимедов винт.
За основу взяты две картонные трубочки от советских елочных игрушек, потом я их соединил в одну, и трубка-бабина от туалетной бумаги =)
для проверки моей задумки я сначала вырезал из обычной бумаги пару кругов диаметром с туалетную бабину, и из центра вырезал окружности малым диаметром трубки-вала. разрез кольца четко по радиусу.
края разрезанных колец склеил, чтобы получилась спираль.
задумка верная.
Я конечно не очень далек от физики и математики (правда и не очень приближен к этим наукам), но думать и просчитывать эту поделку я категорически не хотел. я шел по наитию.
Дальше уже из картона, предоставленного сыном из своих учебных запасников, я вырезал такие же 4 кольца
и склеил их в спираль. потом, с помощью термоклеевого пистолета, прикрепил спираль к трубке-валу
вставил это всё в корпус. и собственно вот мы имеем модель Архимедова винта
по сути мясорубка работает по этому принципу =))
еще одно колечко я вырезал, чтобы сын показал в классе, из чего оно сделано
ну и на память мы записали видео от имени докладчика =)) знакомтесь, вапся младший Илья Алексеевич =)))
Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Величайший ученый древности Архимед родился в 287 г. до н. э. в городе Сиракузы, на острове Сицилия. В противостоянии римлян и греков Сицилия занимала сторону последних. В 270 г. до н. э. правителем Сиракуз стал Гиерон. Отец Архимеда, астроном Фидий, состоял с царем в родстве. Это открыло ему возможность дать сыну хорошее образование. Вопреки традиции, Архимед не поехал учиться в Афины, а отправился в Египет, в Александрию, где посвятил себя изучению математики. Вернувшись в Сиракузы, Архимед прожил там всю свою жизнь и погиб при захвате Сиракуз римлянами в 212 до н.э.
Достижения
Архимед — автор многочисленных открытий, математик, физик, механик, инженер, гениальный изобретатель, известный во всем греческом мире. Свою творческую деятельность Архимед начал как инженер, создавая различные механические приспособления, широко использовавшиеся в строительстве, быту и военном деле. Всего Архимеду приписывают около 40 изобретений.
Он соорудил систему блоков, с помощью которой один человек смог спустить на воду огромный корабль.
Достижения
Архимед проверяет и создает теорию пяти механизмов, известных в его время и именуемых "простые механизмы". Это – рычаг, клин, блок, бесконечный винт и лебедка.. Изобретение бесконечного винта привело его к изобретению болта, сконструированного из винта и гайки.
Блок
Архимед первый придумал устройство блока, изучил его механические свойства и применил его на практике.
Механические передачи
Механические передачи движения, в которых все детали передачи, кроме шипов и обручей валов, деревянные (III в. до н. э.)
Ворот
Небольшая лебедка – ворот, одна из простейших машин, которая может являться составной частью более сложных. В метательных машинах ее используют для закручивания упругого накопителя энергии.
Основой ворота является рычаг. С помощью поворотных стержней бревно вращают вокруг продольной оси. На бревно наматывается канат, к которому можно подвесить груз. По сути, бревно или барабан вместе со стержнями является рычагом, большое плечо которого равно длине поворотного стержня, малое плечо – радиусу бревна. Вот и получается выигрыш в силе.
Грузоподъемный кран
Первые грузоподъемные краны созданы на основе рычага и ворота.
Полиспаст
Полиспа́ст (греч. Polýspaston, от др. греч. polýspastos — натягиваемый многими верёвками или канатами) — таль, грузоподъёмное устройство, состоящее из собранных в подвижную и неподвижную обоймы блоков, последовательно огибаемых канатом, и предназначенное для выигрыша в силе (силовой полиспаст) или в скорости (скоростной полиспаст). Обычно полиспаст является частью механизмов подъёма и изменения вылета стрелы подъёмных кранов и такелажных приспособлений.
Винт Архимеда
Это механизм, использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду.
Архимедов винт стал прообразом шнека.
Винт Архимеда
Простейшей формой этого устройства является цилиндрическая труба, в которую помещен винт. Он устанавливается под углом в 45° к горизонтали, и его нижний конец погружают в воду. Когда винт вращается, вода поднимается вверх по трубе.
Накопитель энергии
Главным в этих машинах является накопитель энергии – торсион. Он представляет собой пучок канатов, жил или сплетенных волос, закрепленных с двух концов. Его закручивают и закрепляют в напряженном состоянии, а когда отпускают, он стремительно раскручивается и принимает прежнее положение. При этом он может разогнать метательный рычаг с камнем, а тот, подобно руке, зашвырнет большой камень очень далеко.
Такое устройство способно выпустить по противнику тяжелую и острую стрелу с достаточно большой скоростью. А такая стрела может пробить щит или защитную стенку. В какой-то мере здесь использован принцип обыкновенного лука, но упругое звено дополнено закручиваемыми пучками жил.
Метательные машины
Древнее устройства для метания стрел
Установка Архимеда для метания камней
Оборонительное устройство Архимеда для борьбы с атакующими кораблями
Во время осады Сиракуз Архимед пустил в ход свои машины, на вражеские суда вдруг стали опускаться со стен укрепленные на них брусья, и либо топили их силою толчка, либо, схватив железными руками или клювами вроде журавлиных, вытаскивали носом вверх из воды, а потом, кормою вперед, пускали ко дну, либо, наконец, приведенные в круговое движение скрытыми оттяжными канатами, увлекали за собой корабль и, раскрутив его, швыряли на скалы и утесы у подножия стены. Нередко взору открывалось ужасное зрелище: поднятый высоко над морем корабль раскачивался в разные стороны до тех пор, пока все до последнего человека не оказывались сброшенными за борт или разнесенными в клочья, а опустевшее судно разбивалось о стену или снова падало в воду, когда железные челюсти разжимались. "
Боевое зеркало
Архимед построил шестиугольное зеркало, набранное из небольших четырехугольных зеркал. Каждое из этих зеркал было закреплено на шарнирах и приводилось в движение цепным приводом. Благодаря этому, углы поворота зеркал можно было подобрать таким образом, чтобы отраженные солнечные лучи сфокусировались в точке, находящейся на расстоянии полета стрелы от зеркала. При помощи своей системы зеркал Архимед поджег корабли римлян.
Легенда о смерти Архимеда
Завоевав Сиракузы, римляне так и не стали обладателями трудов Архимеда.
Только через много веков они были обнаружены европейскими учеными.
Предполагаемая гробница Архимеда
Один из крупных кратеров на Луне
был назван именем Архимеда
около 82 км. в диаметре
Греция
Эврика!
1. Принцип Архимеда
Принцип Архимеда — довольно сложная концепция для понимания многих из нас, но в основном это касается теории плавучести.
Когда твердое тело попадает в жидкость, оно вытесняет столько же жидкости, сколько объем погруженного в него тела. В любой жидкости на тело действуют самые разные силы. Принцип Архимеда также помогает нам понять, почему что-то плавает или тонет, показывая, что количество вытесненной жидкости является мерой способности объекта опускаться или подниматься. Вес вытесненной жидкости говорит нам, будет ли объект плавать или тонуть.
Этот закон сыграл важную роль в понимании морских принципов, используемых на кораблях и подводных лодках, все из которых разработаны с использованием принципа плавучести. Лактометр (прибор, используемый для измерения чистоты молока) также основан на вышеупомянутом принципе.
2. Счетчик песка
Представьте себе подсчет песчинок! Это то, что намеревался сделать Архимед. Счетчик песка — это работа Архимеда, в которой он пытается подсчитать количество песчинок, которое потребуется, чтобы покрыть вселенную.
Во-первых, Архимеду нужно было придумать, как считать числа с большим основанием, что привело его к важному шагу в области математики. До того времени греки представляли систему счисления с помощью различных символов. Архимед основал новую математическую теорию, которая могла считать числа до бесконечности.
3. Число Pi (π)
Архимед использовал эллинистический метод математики. Пи — это греческий символ, который используется в различных формулах, и Архимед смог определить значение Пи, используя свой исключительный интеллект.
Числовое значение Пи составляет приблизительно 3,14, которое рассчитывается путем деления 22 на 7. Пи — отношение длины окружности к диаметру. Архимед также описал в круге различные формы. В математике были замечены различные применения Пи, например, вычисление площади круга. Пи также можно использовать для вычисления площади как сферы, так и полусферы.
4. Коготь Архимеда
Архимед был не только ученым, но и архитектором, и Коготь Архимеда также был великолепным архитектурным памятником, который позволял жителям Сиракуз защищаться от римского вторжения с моря. Военный корабль можно было легко перевернуть когтем, поскольку Архимед учел поверхностное натяжение воды.
5. Винт Архимеда
Винт Архимеда был больше насосом, чем винтом. Он использовался для перекачивания воды против силы тяжести. Винт можно было повернуть любыми физическими средствами, например вручную или ветром с помощью ветряной мельницы, и это было очень важно, чтобы помочь фермерам орошать свои земли. Перенос воды с низкого уровня на более высокий был сложной задачей, но винт Архимеда позволял это легко сделать, работая против силы тяжести. Винт Архимеда до сих пор используется в различных формах, таких как машины для риформинга пластмасс, машины для литья под давлением. Быстро вращающиеся винты, которые помогают перекачивать воду, также могут использоваться для выработки электроэнергии.
Развитые страны по всему миру до сих пор используют эту технологию для орошения и выработки электроэнергии с помощью вращающихся турбин. В США разработана реверсивная винтовая гидроэлектростанция, и винт также может использоваться во время наводнений в низинных районах.
6. Луч смерти Архимеда
Несомненно, Архимед был великим изобретателем, и Луч смерти не исключение. Эта параболическая зеркальная структура использовалась для концентрации солнечного света в определенной области на корабле, который затем загорелся, что в конечном итоге привело к потоплению корабля. Концепция снова была разработана как защитный механизм для его города Сиракузы. Подвергая огню вражеские корабли, они смогли победить римскую армию.
Некоторые ученые считают это неэффективным, поскольку корабли находятся в постоянном движении, но несколько лет назад эту теорию подтвердил греческий ученый доктор Ионнис Саккас. Саккас воссоздал изобретение, используя исторические факты и цифры. Он установил 70 зеркал, которыми держали 70 человек, и направил их на лодку, которая находилась на расстоянии 50 метров. Очень скоро лодка загорелась.
7. Одометр
Одометр теперь можно увидеть почти в каждом автомобиле и является индикатором того, как далеко автомобиль проехал, и, следовательно, его истории и использования.
8. Катапульты Архимеда
Катапульта представляла собой систему метания тяжелых камней или предметов во вражеские корабли для их уничтожения. У такой машины обычно был ковш, в котором хранился снаряд, и ракета запускалась с катапульты вручную.
Во время войны между Римом и Сиракузами горожане сумели удержать врага в течение двух лет, прежде чем он был окончательно разбит.
9. Закон рычага
Мы часто видим владельцев магазинов, взвешивающих фрукты и овощи на старинных ручных весах. Эти весы работают по принципу равновесия, которого можно достичь с помощью рычага. Рычаг работает по принципу центра масс, еще один пример — качели.
Рычаг представляет собой стержень, расположенный на треугольной балке, называемой точкой опоры, которая уравновешивает вес. Закон Архимеда гласит, что:
если расстояние a от точки опоры до места приложения входной силы (точка A) больше, чем расстояние b от точки опоры до места приложения выходной силы (точка B), то рычаг усиливает входную силу. С другой стороны, если расстояние a от точки опоры до входной силы меньше расстояния b от точки опоры до выходной силы, то рычаг уменьшает входную силу.
10. Открытие бесконечно малых величин
Бесконечно малые величины в древнегреческий период были эквивалентом современного исчисления. Бесконечно малое — это величина, которая не существует, но может быть сделана реальной с помощью пределов. Здесь мы подошли к пределу, непрерывности и дифференцируемости. Функция является непрерывной, когда ее левый предел становится равным правому пределу. Предел — это термин, который вычисляет крошечное количество. Таким образом, бесконечно малое означает чрезвычайно или бесконечно малое количество.
Можно сказать, что Архимед ввел исчисление через бесконечно малые величины задолго до того, как Ньютон и Лейбниц дали нам правила исчисления.
11. Формы и их дизайн
Много лет назад люди измеряли время с помощью звезд и луны, и с тех пор людям приходилось различать разные формы и структуры. В то время люди не знали о 2D и 3D формах; они знали только линии, круги, кубы, сферы, пятиугольники и т. д. Именно тогда Архимед начал думать о параболах, затмениях и гиперболах. Архимед ввел идею движения снаряда с помощью параболы.
Различные уравнения отображают разные концепции, и Архимед показал нам, что площадь параболы, пересекаемой прямой линией, равна 0,75 площади треугольника, вписанного в параболу и прямую линию.
12. Формула для площади поверхности и площади сферы
Сфера — это трехмерный круг, состоящий из четырех кругов, уложенных вместе от края до края. Подсчитать площадь его поверхности, а также объем было непростой задачей. Архимед смог вычислить площадь поверхности, а также объем сферы, сначала вычислив площадь поверхности сферы с помощью 6πr2. Объем 2πr3.
Создание этих формул позволило нам легко вычислить объем и площадь поверхности небесных тел, таких как Солнце, Земля и Луна.
Заключение
Архимед был человеком большой важности. Он был не только известным математиком, изобретателем, ученым и философом, но и настоящим патриотом. Архимед является примером классического, а также эллинистического периода Древней Греции. Он умер, защищая свой город Сиракузы от римлян, используя математические вычисления и эксперименты.
Великие философы ведут к великой философии, а изобретения Архимеда оказали огромное влияние на нашу повседневную жизнь и сделали ее намного проще.
В то время как древние греки были активно вовлечены в искусство и культуру, Архимед был примером математика и философа, который также подарил миру некоторые из его величайших изобретений.
Так как первые работы Архимеда были посвящены механике, то естественно будет начать наш разговор с рассмотрения того, каким образом возникли и как сложились основные представления греческой механики. Само слово "механика" произошло от греческого merhane- механэ, что первоначально обозначало подъемную машину , употреблявшуюся в греческих театрах для подъема и опускания на сцену греческих богов, которые должны были разрешить запутанный ход представлявшейся драмы; отсюда произошла часто употребляющаяся поговорка: deus ex machina- бог из машины. Позднее слово mechane стало употребляться для обозначения военных машин, а затем и для машин вообще.
Как говорит историк Диодор Сицилийский, Архимед изобретает кохлею, или Архимедов винт, служащий для поднятия воды. Винт Архимеда (Рис. 1) - изобретение, с помощью которого в далеком прошлом качали или даже полностью осушали реки.
Рис. 1 Винт Архимеда
Катапульта Архимеда, или баллиста (Рис. 2, Рис. 3) - изобретение Архимеда, которое появилось предположительно около 399г до н.э. Катапульту использовали в качестве оружия в разных войнах; античная двухплечевая машина торсионного действия для метания камней. Позднее в первых веках нашей эры под баллистами стали подразумевать стреломёты.
Архимед так же доказал, что можно вытаскивать тяжелые грузы с меньшими силами, чем обычно; изобретатель приказал вытащить на берег тяжелое судно и наполнить его грузом. Встав около полиспаста (катушечного бока), Архимед стал тянуть привязанный к кораблю канат без всяких существенных усилий.
Рис.4. Лапа Архимеда
Рис. 5. Планетарий
Римляне были шокированы, увидев машины Архимеда в действии. Плутарх пишет, что иногда дело доходило до абсурда: увидев на стене Сиракуз какую-нибудь веревку или бревно, непобедимые римские легионеры в панике спасались бегством, думая, что сейчас против них будет применен очередной адский механизм.
Архимеду принадлежит первенство во многих открытиях из области точных наук. До нас дошло тринадцать трактатов Архимеда. В самом знаменитом из них - "О шаре и цилиндре" (в двух книгах) Архимед устанавливает, что площадь поверхности шара в 4 раза больше площади наибольшего его сечения; формулирует соотношение объемов шара и описанного около него цилиндра как 2:3 - открытие, которым он так дорожил, что в завещании просил поставить на своей могиле памятник с изображением цилиндра с вписанным в него шаром и надписью расчета.
В физике Архимед ввел понятие центра тяжести, установил научные принципы статики и гидростатики, дал образцы применения математических методов в физических исследованиях. Основные положения статики сформулированы в сочинении "О равновесии плоских фигур". Архимед рассматривает сложение параллельных сил, определяет понятие центра тяжести для различных фигур, дает вывод закона рычага.
Читайте также: