Инженер начинается в школе

Движение и его силы

Движение тел вызывается действующими на них извне силами. Покой — это просто равновесие противодействую­щих сил. Стоит лишь одной из сил «пересилить» другие, и тело начнет двигаться, медленно или быстро, это не важно. Оно будет двигаться до тех пор, покуда другие внешние силы не изменят скорости и направления его движения.

В технике силы, действующие на тело, вызываются другими телами, поэтому носителем силы всегда служит какой-то конкретный предмет. Значит, чтобы изменить ско­рость или направление движения тела, необходимо воздей­ствовать на него другим телом.

Наиболее важный вопрос, который решает инженер при конструировании, заключается в том, чтобы выяснить, какие тела и с какой силой действуют внутри и вне машины; ка­кие из этих воздействий полезны для работы машины, а какие — вредны, и как рационально использовать полез­ные воздействия и ослабить вредные.

Итак, действие одного тела на другое принято назы­вать силой. Силы внешние, приводящие в движение другие тела, называют активными, или движущими, силами. Это силы движущейся воды, ветра, мускулов животных и чело­века; силы, развиваемые двигателями — электромоторами, паровыми машинами, дизелями и т. д. Этим силам проти­востоят силы противодействия. Как только мы приложим к какому-либо телу движущую силу, оно сразу же начнет оказывать этой силе противодействие, реакцию. Силы реак­ции называют пассивными силами, или силами сопротивле­ния. Силы сопротивления возникают как ответ на действие, на движение. Эти силы отрицают движение, сопротивляют­ся ему.

Деление сил на действующие и противодействующие весьма условно. Например, при движении одного тела по поверхности другого сила трения будет противодействую­щей — с помощью этой силы тело будет сопротивляться движению. Но та же сила трения может быть и полезной силой, скажем, во фрикционной передаче.

Силы сопротивления (равно как и «создающие» их дви­жущие силы) могут складываться из нескольких различ­ных сил. Например, при обработке детали на станке со­противление движущей силы мотора будет складываться из силы сопротивления самого материала и сил трения меж­ду различными деталями станка. Силы сопротивления реза­нию принято считать силами полезного сопротивления, все прочие силы — вредными силами сопротивления.

Движущие силы

Движущие силы в технике — это те силы, которые при­водят в действие машины и механизмы, преодолевая воз­никающие в них силы сопротивления. Машины могут вы­полнять различную работу — тяжелую и легкую — и прео­долевать различное сопротивление, поэтому величина не­обходимой движущей силы оказывается различной, так же как и зависящая от силы мощность двигателя. Мощность, развиваемая двигателем, зависит от силы сопротивления и скорости на валу:

N = jg (л. е.),

Где:

Р — сила сопротивления в кг; V — скорость движения в м/сек.

Или в системе СИ:

W = {кет),

Где:

Р — сила в ньютонах;

V — скорость в м! сек.

Из формул следует, что:

Увеличение силы сопротивления, так же как и увели­чение скорости, требует повышения мощности двигателя, что влечет за собой увеличение расхода топлива или энергии;

При одной и той же мощности двигателя развивае­мая им движущая сила будет тем больше, чем меньше ско­рость.

Эти выводы юный техник обязан учитывать в процессе конструирования своих машин и моделей. Например, если для модели правилами задан двигатель вполне определен­ной мощности, превышать которую нельзя, то для достиже­ния высоких скоростей необходимо всячески уменьшать силы сопротивления. В тех же случаях, когда требуется большая движущая сила, ее можно получить даже от мало­мощного двигателя — за счет уменьшения скорости — путем подбора передачи от двигателя к исполнительному механиз­му. Наглядным тому примером могут служить вальцы (рис. 8), которые с помощью двигателя от швейной машинки лег­ко сгибают в трубку широкую стальную полосу толщиной до двух миллиметров, или автомобильчик «Муравей», приводимый в движение микродвигателем с одной плос­кой батарейкой от карманного фонарика, но способный пе­ревозить груз, подчас тяжелый даже для школьника-стар­шеклассника.