Первое путешествие в царство машин

Александр Филиппович Крайнев

Первое путешествие в царство машин

***

Маленький Дима наигрался со своими машинками, прибежал к дедушке и спросил:

– А как устроены большие машины? Что там внутри? Я хочу узнать, как делать машины.

Дедушка обрадовался такому желанию и сказал:

– Ты молодец, Дима, что хочешь понять, как устроены машины, ведь машины помогают нам во всем, без них не обойтись. Машины – это не только автомобили, которые возят людей и разные грузы, но и лифты, которые поднимают нас с этажа на этаж, и самолеты, на которых можно очень быстро и далеко улететь. С помощью машин строят дома, готовят еду, шьют одежду, стирают белье и делают многое другое.

– Мне понятно, что машин много всяких и разных, а ты мог бы мне помочь побыстрее понять, откуда они взялись и как делать новые машины, – тут же пояснил свою просьбу Дима.

– Быстро вряд ли получится. Сделать машину очень сложно. Это только в сказках бывает, что сами собой вырастают дворцы, а чудо-печь везет Емелю безо всякого труда. Сначала люди придумывают машины, затем рисуют макеты на бумаге или создают их при помощи компьютера, и только потом изготовляют отдельные части и собирают машину. Для того чтобы все это уметь делать, нужно долго и настойчиво учиться. Чем раньше ты начнешь понимать окружающий мир, тем быстрее начнешь самостоятельно без всяких подсказок принимать решения, как поступить в той или иной ситуации, вот только тогда ты научишься делать машины. А еще, Дима, с самого начала и на всю жизнь запомни главное:

1) машина должна быть безопасной, она не должна причинять боль ни тебе, ни окружающим;

2) ее нужно делать аккуратно и в соответствии с той рабочей задачей, которую машина должна выполнять;

3) она должна быть красивой и удобной, и хотя машина не живая, ее можно любить и дружить с ней.

Что же касается изучения машин, то специально для тебя я напишу книгу, а может быть, придумаю и что-нибудь более эффективное. Давай отложим это до твоего дня рождения. Обещаю, что тебя ждет необыкновенный подарок.

Дима за повседневными играми почти забыл об этом разговоре. Но вот уже завтра день рождения, надо подождать всего одну ночь. Без пререканий он лег спать, чтобы поскорее проснуться и получить дедушкин подарок. «Интересно, что это будет? Вот в прошлом году дедушка подарил мне педальную машину. На ней можно кататься, но, главное, там видно, как движение передается от педалей колесам, а также понятно, почему поворачивается машина, если крутить руль. Ее легко можно разобрать: снять, а затем поставить на место детали, открутив предварительно болты… Наверное, завтра дедушка подарит мне еще какую-нибудь машину, потому что машины для меня самые любимые игрушки, но уж очень хочется настоящую…» – размечтался Дима. Он не почувствовал, как стал погружаться в сладкий сон. Вдруг дверь распахнулась, и вошел дедушка. Дима сразу заметил, что в руках он держит каких-то странных маленьких человечков.

Необыкновенный подарок – сказочные друзья

– Я не забыл, Дима, твоего заветного желания – узнать, как устроены настоящие машины, и что ты хотел бы научиться их делать. Поэтому я решил устроить для тебя сказочное путешествие в царство машин. Его ты совершишь не один, а в обществе вот этих очаровательных друзей. – Дедушка поставил перед Димой две непохожие друг на друга фигурки. – Вот этот, который состоит из стержней и шарниров, – Робик, он немножко напоминает Буратино, но тот был деревянным, а этот железный и очень сильный. Робик – это маленький робот, он не очень-то сообразительный, но умеет все делать сам.

Зато вот этот, головастый, разбирается во всем, более того, он еще немножко волшебник, поэтому и имя у него – Магик – от слова «маг». В голове у Магика установлен настоящий компьютер с огромным запасом знаний, поэтому он легко и быстро ответит на все твои вопросы.

Дима стал внимательно рассматривать Магика. Голова этого человечка больше была похожа на какой-то прибор, и вместо глаз светились сигнальные лампочки, а вместо ушей торчали две антенны. Шейка напоминала пружину. С ее помощью голова крепилась к небольшому тельцу. В отличие от Робика, у которого в руках и ногах чувствовалась подвижность и необычная сила, руки и ноги Магика явно не были предназначены для быстрых движений и выполнения какой-либо работы. Соединение шеи с туловищем представляло собой шарнир, благодаря которому голова могла мгновенно поворачиваться в любую сторону, видимо для того, чтобы лучше улавливать сигналы от окружающих предметов.

– Хватит терять время, давай немедленно займемся делом! – неожиданно громко возмутился Магик.

– Каким еще делом? – удивился Дима. Он и не заметил, как дедушка вышел из комнаты.

– Ты же хотел изучать машины, вот мы и будем помогать тебе в этом. Можем хоть сейчас отправиться в путешествие. А ты, Робик, не забудь запастись питанием, ведь тебе предстоит много работать, – уверенно стал распоряжаться Магик.

– А что, у Робика какое-то особое питание? – поинтересовался Дима, на что Магик ответил:

– Конечно, ему нужен электрический источник энергии, от которого он может подзаряжаться, поэтому мы должны возить с собой аккумуляторы. Для меня же достаточно маленькой встроенной батарейки.

– Ну что же, в этом случае я готов отправиться вместе с вами в путешествие, – согласился Дима.

– Подожди чуть-чуть. Это необычное путешествие. Ты еще не знаешь моих возможностей. Поскольку я немножко волшебник, то могу мгновенно перенести нас троих в любое другое место, например на стройку, или на завод, или на испытательный полигон, или на аэродром. Я даже могу, не покидая этого места, создать вокруг нас новое сказочное царство, в котором будут находиться самые разнообразные машины. Более того, я могу сделать машины прозрачными, чтобы можно было видеть, как они устроены, – разошелся Магик.

– Подумаешь, удивил, вот у меня была прозрачная китайская игрушка – вертолет, в ней были видны какие-то шестерни, но я все равно не понял, для чего они нужны, – перебил Дима.

– Дело в том, что я показываю прозрачными только те узлы и детали, которые нужны для понимания конкретного вопроса, – разгорячился Магик.

– Магик, ты совсем расхвастался, надоело стоять без дела, давай начинать, – не выдержал Робик.

– Подожди немножко, Робик, я должен хорошенько проинструктировать Диму, чтобы он не попал в какую-нибудь беду. Ты уже знаешь, Дима, что главное в управлении машиной – соблюдение правил безопасности. Нельзя, например, стоять под поднимаемым грузом, нельзя прикасаться к быстро вращающимся частям. Особенно внимательным нужно быть с электрическими проводами и приборами: электричество невидимо, но смертельно опасно, поэтому в опасных местах делают ограждения и ставят предупреждающие знаки и надписи. Могут быть и исключительные случаи, когда без знания устройства машины и того, как она работает, не обойтись. Поэтому, Дима, пообещай, что будешь во всем меня слушаться и соблюдать осторожность, не будешь делать резких движений и совершать необдуманных поступков.

Диме не понравился поучительный тон Магика, но у него хватало ума понять, что Магик беспокоится прежде всего о его безопасности, поэтому он пообещал Магику быть послушным и дисциплинированным и твердо решил стать таким на самом деле.

Трение

Магик и Дима очутились на улице. Магик заявил, что они не сразу будут изучать сложные машины, а сначала постараются понять, как совершать простейшую работу вручную или с помощью машины.

– Не забывай, Дима, что Робик, по существу, маленькая универсальная машина, хотя его возможности не безграничны. Нужно посмотреть на деле, как он справляется с простыми задачами. Давай поручим ему какую-нибудь работу, – сказал Магик.

Дима увидел впереди канаву и подумал, что неплохо было бы соорудить через нее мостик. Но как это сделать, ведь подходящие для этой цели бревна такие тяжелые. Робик сразу понял, что от него требуется, и изо всех сил стал толкать бревно, упираясь в его торец. Но не тут-то было – бревно оставалось на месте, а ноги у Робика скользили по земле. Магик объяснил, что бревно трудно сдвинуть с места, так как этому мешают неровности на дороге, а ноги скользят потому, что у них недостаточное сцепление с землей.

Сила трения

– Выходит, что неровности, выступы и ямки, с одной стороны, мешают сдвинуть бревно, а с другой стороны, они нужны, чтобы ноги могли во что-то упираться, – сделал вывод Дима.

– Трение мешает движению, но без него не обойтись. Сила трения возникает при попытке сдвинуть тело с места. Неровности могут быть очень маленькими, их можно даже не заметить, но трение все равно будет, – уточнил Магик.

– Трение может быть вредным и полезным, – продолжил Магик. – Вспомни, Дима, как ты зимой катался с горки на санках. Санки легко катились, и тебе это нравилось, но когда ты поднимался в гору, ноги скользили, и иногда ты падал из-за малой силы трения. А ты, Робик, лучше попробуй катить бревно.

Робик так и сделал, и – о чудо! – бревно покатилось.

Дима заметил:

– Значит, катить круглый предмет легче, чем тащить его.

– Это действительно так, – подтвердил Магик. – А теперь я расскажу, как изображают на бумаге действующую силу и направление вращения. Для этого используют стрелки. В данном случае видно, что прямая стрелка показывает направление силы, с которой Робик действует на бревно, а стрелка в виде дуги – направление вращения бревна.

– Так что, Магик, трение исчезло, раз стало так легко катить бревно? – спросил Дима.

– Нет, просто сила трения стала меньше, – начал разъяснять Магик.

– Подожди, Магик, раз ты говоришь о силе, то трение может быть сильным или слабым? Ведь мы тоже друг друга оцениваем по силе, – Дима сразу решил все выяснить.

– Дело в том, что силой называют действие одного предмета на другой, – начал уточнять Магик. – Ты, наверное, видел, как магнит притягивает к себе булавки и кнопки, находящиеся поблизости от него. Это проявление магнитной силы. Все предметы притягиваются к земле. В этом случае говорят, что на них действует сила тяжести.

– Выходит, что сила трения вдоль бревна больше силы трения поперек бревна, – сделал вывод Дима.

– Да, но это не так просто, речь идет о разном трении. В первом случае возникает трение скольжения, а во втором – трение качения. Сила трения направлена против движения, точнее, противоположно направлению движения тела. Посмотри, Дима! – Магик указал Диме на рисунок с изображением прямоугольного блока. – Если приложить силу ближе к полу, то брус может только скользить, а вот если приложить силу повыше, то его можно и опрокинуть.

Чем меньше опорная поверхность предмета, тем легче опрокинуть данный предмет. Например, многогранник намного легче опрокидывать, чем параллелепипед (брус), и можно, по существу, перекатывать его через ребра. А вот гладкий цилиндр катить совсем легко, особенно по твердой поверхности. Если при движении цилиндра дорожка продавливается и цилиндр деформируется, то приходится преодолевать дополнительное сопротивление, вызванное непрерывным изменением формы взаимодействующих предметов.

Дима, с интересом рассматривая рисунки, прервал Магика вопросом:

– Получается так, Магик, что чем выше находится точка приложения движущей силы, тем легче опрокидывать или перекатывать различные предметы?

– По сути это так! Линия действия силы находится на определенном расстоянии от оси вращения. Его называют плечом силы. Момент силы, вызывающий вращение тела, зависит от величины силы и длины плеча. Момент силы обозначают в виде дуговой стрелки, так же как и направление вращения. Момент можно увеличивать в одинаковой мере за счет увеличения либо силы, либо плеча. Так вот трение качения определяется не только величиной силы, но еще и значением момента силы, – на этом Магик хотел закончить свои разъяснения.

Но Диму уже заинтересовала другая проблема:

– Хорошо, Магик, что у нас круглое бревно, а если нужно передвинуть брус или бетонный блок с плоскими гранями, его уже не покатишь. Что же делать, ведь для мостика лучше использовать брусья?

Магик вместо ответа велел Робику напилить несколько бревнышек и подложить их под брус.

Робик стал толкать брус, он сдвинулся с места, а потом застрял.

Магик объяснил причину и распорядился:

– Бревнышки неровные, разного размера, а кроме того, вдавились в землю. Ты, Робик, сделай как можно больше одинаковых цилиндриков, называемых роликами или катками. Лучше их сделать из твердого материала, например железа, но и дорожка, по которой они катятся, тоже должна быть твердой. Для начала утопчем дорожку и положим на нее доски, а со временем научимся укладывать плиты, бетонировать и заливать асфальт.

Подшипники

Робик быстро справился с задачей. Теперь брусья и блоки стало перемещать легко. Дима только успевал перетаскивать освобождающиеся ролики с заднего конца и укладывать их впереди бруса.

– Но не будем же мы подкладывать все время новые катки! Давай лучше сделаем тележку и к ней колеса.

Робик опять напилил кругляши и прибил их гвоздями к толстой и широкой доске. Колеса вращались медленно до тех пор, пока совсем не отвалились.

– Нет, так дело не пойдет, – сказал Магик. – Робик, сделай колеса гладкими и одинаковыми, а затем мы их установим на хорошие круглые оси. Будет лучше, если колеса, оси да и платформу сделать не из дерева, а из металла или пластмассы.

После того как тележка была изготовлена, Дима сказал Магику:

– Все же не удалось нам сделать так, чтобы колеса у тележки легко вращались: они болтаются из-за больших зазоров.

Магик подумал и нашел решение:

– Надо уменьшить трение между осью и колесом. Для этого следует поместить между стальной осью и стальным колесом бронзовую втулку. Зазор должен быть таким, чтобы колесо не болталось, но легко проворачивалось. А вот чтобы поверхности были скользкими, туда нужно добавить немного масла.

– Сливочного? – спросил Дима.

– Нет, для машин существует свое, машинное масло, и когда между трущимися частями имеется масло, то машина работает плавно. Знаешь, как определить, что машине хорошо живется? Она ведь не может плакать или смеяться. Если внутри машины ничего не скрежещет, не грохочет, значит, все в порядке. Машина может ровно шуметь, но это рабочий шум, и его можно отличить от неприятного шума из-за большого сопротивления движению. Мы с тобой, обсуждая, как уменьшить трение между осью и колесом, уже успели забыть о роликах, которые подкладывали под брус. Давай теперь установим ролики между колесом и осью, – предложил новое решение Магик.

Робик быстро увеличил отверстие в колесе, а в зазор между колесом и осью установил ролики. Он сообразил, что роликов должно быть не меньше трех и расположены они должны быть равномерно, то есть одинаково удалены друг от друга, иначе ось может сместиться в сторону от центра и вращаться такое колесо не будет.

– Обычно роликов ставят больше трех и удерживают их на равном расстоянии один от другого, – объяснил Магик. – Для этой цели служит сепаратор. Его выполняют, например, в виде кольца с окнами, в которые устанавливают ролики. Вместо роликов применяют также шарики. Шарики катятся по желобам на поверхности колец. Такое устройство называют шарикоподшипником. Шарикоподшипники и роликоподшипники используются почти во всех машинах. Их изготовляют разных размеров, чтобы можно было установить и в детском велосипеде или детской коляске, и в электромоторе, и в автомобиле. В некоторых машинах используют очень много подшипников, в легковом автомобиле их может быть несколько десятков, а то и сотен.

Подшипники созданы для того, чтобы уменьшить силу трения.

Дима обратил внимание на необычный подшипник, который в это время принес Робик.

– Смотри, Магик, мне кажется, этот подшипник похож на беличье колесо, которое я уже где-то видел. Белка там прыгала с перекладины на перекладину и крутила его.

– Да, действительно, здесь сепаратор напоминает по виду беличье колесо. Он состоит из двух дисков, соединенных стержнями, на которые предварительно насаживают трубчатые ролики. Если ролики сделаны с винтовыми прорезями, то из них получаются пружины, смягчающие ударные нагрузки на подшипник.

– Магик, а зачем делают подшипники разных размеров, может быть, проще научиться делать их все одинаковыми и устанавливать на все машины?

– Нет, Дима, этого делать нельзя, ведь маленькие подшипники при большой нагрузке могут разрушаться, а большие подшипники для малых нагрузок делать нерационально, так как затрачивается много материала и труда для их изготовления. Хотя ты додумался до того, что одинаковые детали или узлы могут использоваться в разных машинах, но не учел, что по размерам они должны отличаться. Нужно, Дима, находить такие решения, при которых учтены все требования, – сказал Магик.

Дима хорошо понял устройство и значение подшипника, но его тут же заинтересовала другая проблема:

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента.