Естественно-научная грамотность по теме "Простые механизмы. Центр тяжести тела"

Строительство египетских пирамид

На рисунке представлен комплекс пирамид в Гизе — комплекс древних памятников на плато Гиза в Египте, в пригороде Каира. Принято считать, что постройки были созданы в Древнем царстве Древнего Египта (XXVI–XXIII века до н. э.).

Самая высокая из пирамид – пирамида Хеопса, имеет высоту примерно 146 м, вес некоторых каменных блоков достигает 15 тонн. До сих пор остается много вопросов, как именно была построена пирамида. Транспортировать, поднять и установить камни, масса которых составляла десятки и сотни тонн, было делом нелегким.

Для того чтобы поднять каменные глыбы наверх, придумали очень хитрый способ. Вокруг места строительства воздвигали насыпные земляные пандусы. По мере того, как росла пирамида, пандусы поднимались все выше и выше, как бы опоясывая всю будущую постройку. По пандусу камни тащили на салазках таким же образом, как и по земле, помогая себе при этом рычагами. Угол наклона пандуса был очень незначительным – 5 или 6 градусов, из-за этого длина пандуса вырастала до сотен метров. Так, при строительстве пирамиды Хефрена пандус, соединявший верхний храм с нижним, при разнице уровней, составлявшей более 45 м, имел длину 494 м, а ширину 4,5 м.

В 2007 году французский архитектор Жан-Пьер Уден высказал предположение, что при строительстве пирамиды Хеопса древнеегипетские инженеры использовали систему как внешних, так и внутренних пандусов, и тоннелей. Уден полагает, что с помощью внешних пандусов возводилась только нижняя, 43-метровая часть (общая высота пирамиды Хеопса составляет 146 метров). Для подъёма и установки остальных глыб использовалась система внутренних пандусов, расположенных спиралеобразно. Для этого египтяне разбирали внешние пандусы и переносили их внутрь. Архитектор уверен, что обнаруженные в 1986 году полости в толще пирамиды Хеопса – это туннели, в которые постепенно превращались пандусы.

Какие из простых механизмов, обозначенных на рисунке цифрами 1–4, служат для получения выигрыша в силе?

Со времен Древнего Египта известен шадуф или шадоф – древнейшая форма колодца-журавля, который использовали египтяне для орошения полей. На одном конце балки – ёмкость для подъёма воды или иных грузов, на другом – противовес из известняковой глыбы или камней (рис. 1).

Рис. 1. Древнеегипетский шадуф

Колодец-журавль был распространен позднее и в русских деревнях (рис. 2).

Рис. 2

Ведро с водой на веревке закреплено на длинном плече перекладины, а на коротком плече – противовес. При постройке, прежде всего, нужно определить размеры «журавля» и всей конструкции для колодца. А это напрямую зависит от глубины шахты.

В нижеприведённой таблице указаны примеры размеров «журавля» с учётом глубины колодца.

Оцените, при какой примерно массе ведра с водой приведенные примеры «журавлей» будут находиться в равновесии?

Рычаги в природе

 Человеческая рука представляет собой рычаг. Под действием силы двуглавой мышцы рычаг-рука поднимает груз, находящийся на ладони. Если рассматривать среднестатистического человека, то точка приложения силы F находится на расстоянии ОВ = 3 см от оси вращения (от локтевого сустава), а точка приложения веса груза P –${\displaystyle –}$ на расстоянии ОС = 30 см (см. рисунок).