§ 86. «Золотое правило» механики
Еще в древности при применении простых машин (рычаг, блок, ворот и т. д.) была обнаружена замечательная особенность всех этих машин: оказалось, что в простых машинах перемещения вполне определенным образом связаны с силами, развиваемыми машиной. Именно, отношение перемещений двух концов простой машины, к которым приложены силы, всегда обратно отношению сил, приложенных к этим концам. Например, если для равновесия рычага сила 
должна быть в 
раз больше по модулю силы 
(рис. 155), то при вращении рычага путь 
, пройденный точкой приложения силы будет в раз меньше пути 
, пройденного точкой приложения силы 
.
Рис. 155. Сила, действующая на левое плечо рычага, в раз больше силы, действующей на правое плечо. Путь , пройденный точкой приложения силы , будет в раз меньше пути пройденного точкой приложения силы
Для двойного блока такое же соотношение получается между силами, приложенными к веревкам, намотанным на оба блока и удерживающим его в равновесии, и перемещениями концов веревок при вращении блока. Это обстоятельство было сформулировано еще в древности следующим образом: «то, что мы выигрываем в силе, мы проигрываем в пути». Положение это имеет столь общее и вместе с тем столь важное значение, что оно получило название «золотого правила» механики.
Пользуясь введенными обозначениями, можно выразить «золотое правило» формулой
, или 
.
В дальнейшем типы движений и устройство машин, с которыми приходилось иметь дело в механике, все более и более усложнялись, и оказалось, что в таком простом виде «золотое правило» механики не всегда справедливо. Но попутно с усложнением видов движений и типов машин постепенно дополнялось и усложнялось «золотое правило» механики так, чтобы оно охватывало и более сложные случаи. При этом из «золотого правила» возникли важнейшие физические представления о работе и энергии. Вместе с тем «золотое правило» механики явилось первой простейшей формулировкой одного из основных законов природы — закона сохранения энергии, который оказался справедливым для всех без исключения явлений в природе.
Для выяснения понятий работы и энергии мы рассмотрим «золотое правило» механики более подробно. Чтобы упростить рассмотрение, мы сначала будем предполагать, что силы трения отсутствуют. Затем мы выясним, как изменится вся картина при учете сил трения.
Комментарии: (0)