ТЕМА 1

Взвешивание

Содержание

Конструктор " Structures"	3
Введение	9
Весы	17
Динамометры	32
Приложения	40

Конструктор " Structures"

Перед вами универсальный конструктор "Structures". Несмотря на кажущуюся простоту, возможности его весьма широки. С помощью этого учебного набора мы спроектируем модели некоторых технологических систем и исследуем с их помощью, как удовлетворяются нужды людей. Посмотрим сквозь призму истории человечества, как развитие потребностей, конкретного проявления нужд, влияет на требования к технологическим системам, их развитие.

Эта книжка поможет вам познакомиться с набором, изучить некоторые виды соединений входящих в него деталей, научиться пользоваться включенными в набор измерительными средствами.

А главное – вы узнаете, когда и почему возникла у людей потребность в определении веса тела, как на протяжении человеческой истории эта потребность развивалась и удовлетворялась.

Задание 1

Вспомни, кстати:

1. Что такое нужда?

2. Какие бывают нужды?

3. Чем нужда отличается от потребности?

Учебный набор «Конструкции» (Samples of Structures Educational kits)

№№ п/п	Наименование	Кол-во шт.
1.	Чемоданчик для хранения и транспортировки	1
2.	Пила	1
3.	Струбцина	2
4.	Линейка	1
5.	Ножницы	1
6.	Пакетик с винтовыми креплениями	1
7.	Призма с винтовым креплением	1
8.	Крюк с винтовым креплением	1
9.	Кольцо с винтовым креплением	1
10.	Плоская опора с винтовым креплением	1
11.	Пакетик с крепежными элементами	1
12.	Кронштейн ø4	6
13.	Винт М4	6
14.	Шуруп	6
15.	Гайка М4	6
16.	Пластиковая втулка	6
17.	Шайба стальная ø4	6
18.	Отвертка шлицевая	1
19.	Отвертка крестовая	1
20.	Плоскогубцы малые	1
21.	Динамометр сжатия-растяжения (1Н)	1
22.	Динамометр сжатия (10Н)	1
23.	Динамометр растяжения (50Н)	1
24.	Шнур	1
25.	Стержень 300´3	12
26.	Пластина деревянная 300´75´5	6
27.	Соединитель узловой со вставками	10
28.	Соединитель узловой без вставок	10
29.	Упаковка пластилина	1
30.	Напильник	2
31.	Пластина деревянная 115´10´2	6

Кроме всего перечисленного для успешной работы понадобится привычный школьный комплект, с которым вы приходите на уроки: карандаши и авторучки, линейки и циркули, транспортир и многое, многое другое.

Так что же со всем этим мы будем делать?

А со всем этим мы совершим путешествие во времени (надеюсь увлекательное) от зарождения нашей цивилизации до недалекого прошлого. На этом пути, полным белых пятен и неожиданных приключений, постараемся узнать, когда перед людьми возникла потребность в определении веса; что и зачем они взвешивали; какие открытия и изобретения они при этом сделали, попробуем заглянуть в будущее этих технологий. Короче говоря, пройдем этот путь, постараемся воспроизвести в моделях основные его вехи. Рассмотрим сегодняшние аналоги этих устройств, созданные на основе как старых, так и современных принципов действия. Сформулируем физические законы, лежащие в основе этих принципов.

Примечание.

Кстати, ленивые, не желающие думать, в конце книжки найдут ответы на большинство заданий и подробные инструкции по их выполнению.

В других темах мы познакомимся с историей жилища, подъемно-транспортными технологическими системами, мостами и многим-многим другим.

Введение

На первом периоде технологического развития человечество прошло четыре важнейших этапа, заложивших основу современной цивилизации.

Натуральное хозяйство

Человек, семья, клан производили (чаще собирали, добывали) только то, что потребляли сами и в том количестве, которое им было необходимо

Товарный обмен

Различные природные условия мест проживания с одной стороны, а также разнообразные склонности людей с другой привели к тому, что отдельные семьи (кланы, тейпы, племена) начали специализироваться на тех или иных видах продукции, избыток которой обменивался у соседей на то, чего не хватало.

Эти два вида хозяйственной деятельности, вероятнее всего, приходились на эпоху охоты и собирательства, на смену которым 10-15 тысяч лет назад пришло скотоводство и земледелие. Такое изменение образа жизни привело к развитию ремесел и, как следствие, дальнейшей специализации ремесленников, повышению производительности труда.

Возникла парадоксальная ситуация: время, затраченное на обмен продукта труда, стало значительно превышать время на его производство, что явилось предпосылкой перехода к товарно-рыночному обмену.

Товарно-рыночный обмен

А это уже предполагает появление торговца, взявшего на себя функции товарообмена. На его долю приходилась нелегкая задача. Необходимо было не только знать, что у кого взять и что привести взамен, но также кому это привести для более выгодного обмена.

Иногда необходимых предметов у торговца не оказывалось – приходилось брать в долг (если давали), либо уезжать в поисках необходимых для обмена товаров. А о том, что безопасность путешествий в те времена была весьма сомнительна, говорить не приходится.

Товарно-денежный обмен

Но самым ценным продуктом того времени (человечество вступило в бронзовый век) были металлы. Производство их только начиналось, поэтому они были дороги, и любой товаропроизводитель был готов принять в счет оплаты за свою продукцию то или иное количество металла (понятно, что меди и ее сплавов потребуется больше, чем серебра, а золота меньше, чем серебра). Этот металл можно было использовать для изготовления каких-либо изделий, заказав их кузнецу, ювелиру или обменять на необходимый товар.

Задание 2

1. Каким могло быть, по твоему мнению, меновое соотношение этих металлов?

2. Какое оно сейчас?

Как же появились единицы веса? На заре человеческой деятельности они имели мало значения. Это сейчас нам в магазине все взвешивают; в древности зерно, фрукты, овощи продавали мерами емкости сыпучих тел. Растительное масло, косметику — мерами емкости жидких тел. Готовые изделия в торговле шли штуками, парами, тюками. Где же здесь место для веса?

Меры веса обязаны своим появлением не земледельцам и не ремесленникам, а купцам. Именно они впервые начали использовать слитки или кусочки металла определенного веса для оптовых закупок, для мелкой и розничной торговли. Но этому предшествовала длинная история торговли, объединявшей весь древний, потом средневековый, а, в конечном счете, и современный мир.

Неслучайно, что некоторые сегодняшние денежные единицы берут свои названия из того времени: фунт стерлингов, рубль (отрублено от слитка), шекель и т.п.

Задание 3

1. Назови известные тебе единицы измерения прошлого.

2. Укажи соотношение однородных (служащих для измерения одного и того же) единиц измерения, сравни их с современными.

Например: 1 локоть = 0,54 метра, мера длины.

Китайская универсальная мера объема

Мера длины "ЛОКОТЬ"

Вавилонская бронзовая гиря

Весы

В нашей повседневной жизни мы постоянно что-либо сравниваем и по результатам этих сравнений принимаем решения о выполнении разнообразных действий. Причем обычно мы даже не задумываемся об этом.

Измерение – нахождение опытным путем значения заранее выбранной физической величины.

В конечном счете, измерение сводится к сравнению измеряемой с некоторой однородной с ней величиной, принятой в качестве эталона (единицы).

Результатом процесса измерения является информация о конкретной характеристике объекта, выраженная в единицах, принятых за эталон. Средство измерения – технологическая система, преобразующая выбранный параметр, характеристику, в информацию о нем. Характеристики эти выражаются в физических величинах: масса, сила, время, скорость, плотность …

Что называют характеристикой объекта?

Задание 4

1. Назови 2-3 технологических системы.

2. Укажи их основные характеристики.

3. Назови единицы измерения, служащие для оценки этих характеристик и средства измерения, используемые для этого.

№№ п/п	Технологическая система	Характеристика	Единица измерения	Средство измерения
1	Стол	Высота	Метр (м)	Линейка
		Масса	Килограмм (кг)	Весы
		Площадь столешницы	Квадратный метр (м^2)	Линейка

Взвешивание – процесс определения веса тела, то есть силы, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес.

а

Но взвешивание это - разновидность измерения, а поэтому результат мы должны получить в единицах, принятых для этой физической величины.

На рисунках изображены различные измерительные средства для определения веса тел.

Рис.1	Одно из древнейших изображений рычажных равноплечных весов, дошедшее до наших дней. Древние шумеры.
Рис. 2	А вот изображение нынешних школьных рычажных весов из кабинета физики. С того времени они мало изменились.

Рис.3 Рис.4

Задание 6

1. Перечисли элементы, из которых состоят весы на рисунках.

2. Укажи, для чего служит каждый из элементов.

3. Что общего у них и в чем отличие.

4. Выполни рисунки основных элементов.

Выбирая эталоны веса, наши предки искали вокруг себя однородные объекты, имеющие одинаковые размеры, и легко воспроизводящиеся. Ими оказались зерна злаковых культур. Они столь мало отличались друг от друга из года в год, что их усредненный вес был принят за эталон. Так в древнем Вавилоне эта величина называлась ШЕ (зерно) и имела массу 0,0468 г. Следующая за ней мера – шиклю - шестидесятая, равнялась 180 зернам или 8,416 г, затем мана (мина) – камень – 505 г и, наконец – билту (талант или ноша) –30300 г.

Задание 7

В каких видах человеческой деятельности того времени, перечисленные меры использовались чаще всего. Ответ объясни.

В нашем наборе наиболее многочисленная деталь – узловой соединитель. Для простоты назовем - УС (по первым буквам). Обрати внимание, что в часть УСов (10 штук – половина от общего количества) установлены вставки. Вставки эти выполнены в виде стальных гаек и пластиковых втулок.

Нашей мерой веса (единицей измерения) будет УС без вставок и, соответственно единицей силы – 1 УС.

Итак, в первой части нашей истории мы познакомились с тем, как возникла потребность в определении веса, какие проблемы возникли при этом и как люди их решали.

Что же, пойдем дальше.