С этой игрушкой можно долго и увлекательно играть, запуская легкий пропеллер в изящный полет с помощью ползунка, перемещаемого рукой вдоль длинной пластиковой полоски, закрученной в форме винта, который представляет собой одну из разновидностей простейших механизмов.
Пожалуй, самый древний из них это рычаг, на принципе его работы были изобретены ворот и блок. Возможно, одновременно с рычагом стала использоваться наклонная плоскость, чуть позднее появились две ее разновидности - клин и винт. Изобретателем винта принято считать величайшего механика античности Архимеда, который впервые использовал для подъема воды механизм представляющий собой наклонную плоскость, свернутую в спираль.
Все простейшие механизмы предназначены для облегчения выполняемой человеком работы, а сам термин «простейший механизм» придумал Герон Александрийский и в книге, которую он назвал «Метрика», он первым исследовал не только механизмы по отдельности, но также и в различных комбинациях. Уже тогда, в первом веке нашей эры, Герон пользовался понятием момента силы и рекомендовал, учитывать при работе сложных механизмов силу трения.
Принцип работы всех простых механизмов одинаков. При одном и том же усилии все простейшие механизмы могут изменять направление и величину этого усилия, и точку его приложения. При этом всегда соблюдается так называемое «золотое правило механики» - выигрыш в силе пропорционален проигрышу в расстоянии.
Наиболее наглядно золотое правило механики проявляется в работе рычага. Расстояние от точки опоры рычага да поднимаемого груза должно быть намного меньше, чем расстояние от той же точки опоры до точки приложения силы. Такое соотношение расстояний позволяет, приложив небольшую силу и перемещая рычаг на значительное расстояние, получать значительно большее усилие на другом конце рычага, пусть и переместив груз намного меньше. Одним из примеров рычага можно считать обычную лопату. Перемещая ручку с небольшим усилием на расстоянии около 50 сантиметров, можно приложить гораздо большее усилие к пласту земли, но только перемещение при этом будет гораздо меньше – не более 10 сантиметров.
Работа типичного ворота становится понятной, если вспомнить, как поднимают воду в ведре на веревке из старинных колодцев. Цилиндрический отрезок бревна с намотанной на него веревкой имеет радиус гораздо меньший, чем плечо рукоятки, с помощью которой он вращается. Эта разница в плечах приложения силы рук и веревки, натянутой весом ведра с водой, позволяет получить выигрыш в работе – вращать ворот удается с относительно небольшим усилием пусть и на относительно большой длине веревки. По такому же принципу устроены и блоки, которые вместе с перекинутыми через них тросами или цепями являются непременной составной частью грузоподъемных механизмов – лебедок и кранов. Блок интересен тем, что его можно использовать не только неподвижно прикрепленным к какой-либо части сооружения или природной опоры - в этом случае можно лишь изменить направление приложения тянущей силы. Можно использовать также и подвижный блок, получая выигрыш в силе ровно в два раза. При этом блок вместе с подвешенным к его оси грузом сам висит на веревке, один конец которой неподвижно закреплен, а за другой тянут, поднимая груз. Также можно собрать несколько блоков в подвижную и неподвижную обойму и получить грузоподъемное устройство полиспаст позволяющий получить многократный выигрыш в силе.
Наклонная плоскость позволяет получить выигрыш в силе при горизонтальном перемещении и одновременном подъеме тяжелых грузов на небольшую высоту. Чем меньше угол наклона, тем больше выигрыш в силе, но тем на большее расстояние придется перемещать груз по горизонтали. Существенным недостатком наклонной плоскости является большая сила трения, поэтому обычно дополнительно используются катки или смазка. Например, известно, что при возведении египетских пирамид, чтобы уменьшить силу трения, под каменные блоки лили глинистый раствор.
Клин используется, когда нужно разделить на части как-то прочный, но хрупкий материал, например при добыче гранитных блоков в каменоломнях. Ну а идея винтовой поверхности, кроме традиционного использования при перемещении или подъеме жидких и сыпучих веществ, нашла самую широкую сферу применения при изготовлении самых различных крепежных элементов, таких как гайки, болты, шурупы и им подобные.