Техника - молодёжи 1953-11, страница 8

Лауреат Сталинской премии доктор т«х<нич«ск*х наук Г» И. БАБАТ

Рис. С. ВЕЦРУМБ и Н. СМОЛЬЯНИНОВА

У дар штампа превращает бесформенный кусок ме-* талла в изделие. Ударом водяной струи прорезают горные массивы, добывают полезные ископаемые. Ударами мельчайших ядерных частиц человек перестраивает атомы, (вызывает новые виды излучений. В многочисленных машинах и аппаратах современной техники используется явление удара. Удар — это стремительный, резкий переход энерти из одного вида в другой.

ПОЧЕМУ ТОПОР РУБИТ?

За десяти тысяч лет до нашей эры первобытный человек дробил орехи и кости ударами камня. Камень, зажатый в кулаке, - это бесспорно первый трансформатор энергии, примененный человеком. Значительно позже появились рычаги, клин, наклонная плоскость, блоки — -словом, те устройства, которые позволяют изменять соотношения между силой и путем. Такие устройства мы теперь называем «трансформаторами сил и путей».

Но теория «трансформатора-камня» -сложнее теории «трансформатора-рычага». Действие рычагов было объяснено еще Архимедом. Но никто из ученых античного мира не смог правильно истолковать физические закономерности удара. Аристотель в своем сочинении «Механические проблемы» ставил следующий вопрос:

«Почему, если к дереву приложить топор, обремененный тяжелым грузом, то дерево будет повреждено весьма незначительно. Но если поднять топор без груза и ударить по дереву, то оно расколется? Между тем падающий груз в этом случае гораздо меньше давящего».

Прошло две тысячи лет, прежде чем был дан правильный ответ на этот вопрос. В знаменитой книге Галилео Галилея «Беседы и математические доказательства. касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению», изданной в 1638 году, заложены основы динамики и учения о сопротивлении материалов и, в частности, впервые найден правильный (подход к явлению механического удара.

В настоящее время мы умеем точно рассчитывать явления, происходящие при ударе, пользуясь понятием о мощности, о запасе энергии положения (потенциальной энергии) и запасе энергии движения (кинетической энергии).

Удар, обладая кратчайшей, почти мгновенной мивньго, внеаапно производит а противолежащем предмете свое великое и быстрое действие,

Леонардо да Винчи, „0 мощи математики и о количественном изучении явлений*1508 год.

Подымая молот, рука может совершить работу порядка нескольких десятко® ваттсекунд. Мощность равна частному от деления величины работы на время, в течение которого эта работа производится. Мощность при подъеме молота может быть, скажем, около сотни ватт.

В момент удара происходит преобразование запасенной в молоте энергии. Средняя мощность в момент удара равна запасенной энергии, деленной «на время соударения. Чем короче время соударения, тем больше мощность, развиваемая при ударе. Время соударения определяется податливостью соударяющихся тел, их деформацией. Чем больше податливость, тем дольше длится соударение.

При ударе стального молота о стальную же наковальню время соударения может быть около одной десятитысячной секунды, то-есть в несколько тысяч раз короче времени подъема молота. Следовательно, средняя мощность во время соударения - сотни киловатт.

Работа равна произведению силы, действующей в направлении движения, на <путь. Путь, (проходимый молотом во время соударения о прочный неподатливый объект, может быть в тысячи раз меньше высоты подъема. Поэтому сила давления молота в момент удара может быть в тысячи раз больше его веса. Топор во время соударения создает не только большое общее давление, но благодаря своему заостренному лезвию — большое удельное давление, то-есть большое давление на единицу поверхности.

Замечательное свойство трансформатора-молота заключается в том, что его коэфициент трансформации, то-есть отношение времен запасания и расходования энергии или, соответственно, отношение мощностей при расходовании и запасании, не постоянная величина: она автоматически приспособляется -к разным «сопротивлениям нагрузки». При ударе молота или топора мощность и время действия всегда получаются такими, что выделяется вся запасенная в ударяющем теле энергия. Если ополот встречает меньшее сопротивление, то он соответственно развивает меньшую силу, но проходимый им путь увеличивается.

В современной технике применяются самые разнообразные типы трансформаторов. Рычаги, гидравлические прессы, рупоры, зеркала, линзы - всо это трансформаторы путей и сил, А мощность эти трансформаторы оставляют неизменной. Во 'многих же случаях целесообразнее *1реобразовывать но путь и силу, а мощность и время действия. Раздавить орех можно и молотом и щипцами, но вбить гвоздь обычно удоб

на четвертой странице обложки показаны некоторые применений явления удара в технике: 1. Гидравлический таран. 2. Ковочный молот. 3. Линейный ускоритель — аппарат для сообщения высоких скоростей элементарным заряженным частицам (электронам или ионам). Бомбардировка различных элементов быстрыми частицами лозволяет изучать строения атомных ядер. Потоки быстрых электронов могут применяться также для стерилизации пищевых продуктов _и лекарств. 4. Гидромонитор, использующий удар водяной струи, вытекающей под боль* шим давлением. Применяется при добыче торфа и при производстве земляных работ. 5. Свеча для зажигания искрой (электрическим ударом) рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания. 6. Взрыв (газовый удар) при ведении земляных работ.

Внизу обложки даны графики изменения скорости и ускорения при мехаиичасиом ударе. Величина силы, действующей на тело при ударе, равна произведению ускорения иа массу тела.