Как это устроено?..
ПОДЪЁМНЫЙ КРАН. Эти гигантские механизмы как нельзя нагляднее демонстрируют законы классической механики: вес стрелы с грузом должен быть уравновешен противовесом. Краны появились в 1920-х гг., и с тех пор непрерывно усовершенствуются. В кранах последнего поколения используется стрела из очень прочной стали, что позволяет уменьшить её вес, дистанционные датчики и микропроцессоры, что позволяет не допускать перегрузки, и гидростатические приводы высокого давления, обеспечивающие высокую точность управления работой механизма. И всё же, несмотря на успехи материаловедения и технологии, принцип работы современных кранов тот же, что и у их далёких предшественников, – это принцип рычага. Условия равновесия в процессе работы непрерывно меняются – они зависят от таких параметров, как длина и угол наклона стрелы, вес, высота подъёма и форма груза, вес и положение противовеса. Порой решающее влияние оказывает ветер.
ОСНОВНОЕ УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ: суммарный момент веса стрелы и веса груза должен быть равен моменту веса платформы (с уложенным на нём противовесом). Момент силы – это произведение силы на длину плеча, т.е. расстояния до оси вращения. Центр тяжести всей системы (ось вращения этого гигантского рычага) находится на платформе под стрелой (показан треугольником). Сумма стабилизирующих моментов должна превышать сумму опрокидывающих. Ветер также создаёт опрокидывающий момент.
- ПОДНЯТАЯ СТРЕЛА при отсутствии противовеса может вызвать опрокидывание крана назад при встречном ветре вследствие того, что ось рычага оказывается сзади. Момент силы ветра тем больше, чем выше поднята стрела. Максимальный угол подъёма стрелы 82°.
- ПРИ МОНТАЖЕ И ДЕМОНТАЖЕ КРАНА стрелу кладут горизонтально, при этом её центр масс оказывается максимально удалённым от оси вращения. Чтобы кран при этом не опрокинулся вперёд, необходимо добавить противовес, однако опять-таки перегружать нельзя, чтобы кран не опрокинулся назад, когда стрелу начнут поднимать. Собственно, именно это и ограничивает длину стрелы.
Scientific American, 1998, February, p. 108.
Сокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ
Продолжение в № 11/07