Кіріспе

Тікке еңкейген тірек бет – физикалық құрылым.

Тікке еңкейген, сонымен қатар пандус деп аталатын, бір ұшы екіншісінен жоғары, жүк көтеріп немесе түсіру үшін көмек ретінде пайдаланылатын тік тірек бет. Еңкейген жазықтық – Ренессанс ғалымдары анықтаған алты классикалық қарапайым машиналардың бірі. Көлбеу ұшақтар ауыр жүктерді тік кедергілерден жылжыту үшін қолданылады. Мысалдары – жүк көлігіне жүк тиеу үшін пайдаланылатын пандустан бастап, жаяу жүргіншілерге арналған пандусқа дейін, автомобиль немесе пойыздың көтеріске шығуына дейін. Еңкейген жазықтықтың механикалық артықшылығы, күштің азаю факторы, еңкейген беттің ұзындығы мен оның биіктігі арасындағы қатынасқа тең. Энергия сақталу заңына сәйкес, берілген затты берілген тік қашықтыққа көтеру үшін, сүрінуден туындаған шығындарды ескерместен, бірдей механикалық энергия (жұмыс) қажет, бірақ еңкейген жазықтық кіші күшпен үлкен қашықтықта сол жұмысты атқаруға мүмкіндік береді. Жиналыс бұрышы, кейде тыныштық бұрышы деп те аталады, – жүктің еңкейген жазықтықта сырғуына жол бермей, қозғалмай тұра алатын ең үлкен бұрыш. Бұл бұрыш беттер арасындағы статикалық сүргі коэффициентінің арктангенсіне тең. Қиынды жылжымалы еңкейген жазықтық немесе негізінде біріктірілген екі еңкейген жазықтық деп қарастыруға болады. Ол екі еңкейген жазықтықты елестетті, олар бірдей биіктікте, бірақ әртүрлі еңіспен, призма сияқты бір-біріне қарама-қарсы орналастырылған. Тең аралықта орналасқан бұрыштардан жасалған тізбек еңкейген жазықтықтардың үстінен ілінген, ал тізбектің бір бөлігі төмен қарай түсіп тұрады. Жазықтықтағы бұрыштар жазықтықтағы жүктемелер рөлінде әрекет етеді, тізбектегі кернеу күшімен Т нүктесінде ұсталады. Стивеннің аргументі былай: Тізбек статикалық тепе-теңдікте болуы керек. Егер тізбектің бір жағы екіншісінен ауыр болса және өз салмағынан сырғып кетсе, әр бұрыш алдыңғы бұрыштың орнына жылғанда тізбек бастапқы орнынан ажыратылмас еді, сондықтан тепе-теңдіксіз және сырғып түсуге жалғасатын. Бұл дәлелді шексіз қайталауға болады, нәтижесінде дөңгелек мәңгілік қозғалыс пайда болады, бұл абсурд. Сондықтан тізбек тұрақты, екі жақтағы күштері Т нүктесінде тең. Еңкейген жазықтықтың астындағы тізбектің бөлігі симметриялық, әр жағында тең сандағы бұрыштар бар. Бұл күш тізбектің екі жағына тең әсер етеді. Сондықтан тізбектің осы бөлігін жазықтықтың шеттерінде (S және V нүктелері) кесіп тастауға болады, тек еңкейген жазықтықтағы бұрыштарды қалдыруға болады, ал қалған бөлігі әлі де статикалық тепе-теңдікте болады. Бұрыштар тізбекте тең аралықта болғандықтан, әр жазықтықта ұсталатын бұрыштардың жалпы саны, яғни жалпы жүктеме, жазықтықтың ұзындығына пропорционалды. Кіріспе тірек күші, тізбектегі кернеу екеуіне де бірдей болғандықтан, әр жазықтықтың механикалық артықшылығы оның көлбеу ұзындығына пропорционалды. Дийкстерхуис атап өткендей, Стивеннің аргументі толыққанды емес. Тізбектің аспалы бөлігіне әсер ететін күштер симметриялық болуы міндетті емес, өйткені аспалы бөлігі босатылғанда өзінің пішінін сақтауы қажет емес. Тізбек нөлдік бұрыштық импульспен босатылса да, тізбек бастапқыда тепе-теңдік конфигурациясында болмаса, тербелістерді қоса алғанда қозғалыс мүмкін, бұл аргументті дөңгелектейді.

Еңкейген жазықтықтар адамдар тарихының қалыптасу кезеңдерінен бастап ауыр заттарды жылжыту үшін қолданылып келеді. Римдіктер сияқты ежелгі өркениеттер салған көлбеу жолдар мен жолдар – бұл сақталған ертедегі еңкейген жазықтықтардың мысалы және олар осы құрылғының құндылығын түсінгендерін көрсетеді. Стоунхендж сияқты ежелгі тас құрылыстарда қолданылған ауыр тастар, жерден жасалған еңкейген жазықтықтарды қолданып жылжытылып, орнына қойылды деп есептеледі, бірақ мұндай уақытша құрылыс пандустары туралы дәлел табу қиын. Мысыр пирамидалары еңкейген жазықтықты пайдалана отырып салынған, ал қоршау пандустары ежелгі әскерлерге бекініс қабырғаларын басып өтуге мүмкіндік берді. Ежелгі гректер кемелерді Коринф арал аралығы арқылы жермен сүйрету үшін 6 км ұзындықтағы Диолкос деп аталатын тас төсегін салған. Бұл көзқарас кейінірек бірнеше ғалымдарда сақталды; 1826 жылы Карл фон Лангсдорф еңкейген жазықтық "таудың еңісіндей машина емес" деп жазды. Салмақты еңкейген жазықтыққа итеріп әкелу үшін қажетті күшті есептеу мәселесін грек философтары Ирон Александрийский (б.з. 1060 ж.) және Папп Александрийский (б.з. 290–350 ж.) жасаған, бірақ олардың шешімдері дұрыс емес. Қайта өрлеу дәуірінде ғана еңкейген жазықтық математикалық тұрғыдан шешілді және басқа қарапайым машиналармен бірге жіктелді. Еңкейген жазықтықтың алғашқы дұрыс талдауы 13 ғасырдың авторы Жордан де Немордың еңбегінде пайда болды, бірақ оның шешімі сол кездегі басқа философтарға жеткізілмеді. Сығу күшінің еңкейген жазықтықтағы сырғу ережелерін алғаш рет Леонардо да Винчи (1452–1519) ашты, бірақ олар оның жазбаларында жарияланбады. Оларды Гийом Амонтон (1699) қайта ашты және Шарль Огюстен де Кулон (1785) одан әрі дамытты.

Қиғаштық

Жазық еңістің механикалық артықшылығы оның еңіс деңгейіне, яғни градиентіне немесе тіктігіне байланысты. Еңіс неғұрлым кіші болса, механикалық артықшылық соғұрлым үлкен болады, ал белгілі бір салмақты көтеру үшін қажетті күш соғұрлым азайды. Жазықтың еңісі s – оның екі шеті арасындағы биіктік айырмасы, яғни "көтерілуі", көлденең ұзындығына ("жүргізу") бөлінген шамаға тең. Оны жазықтың көлденеңмен құратын бұрыш арқылы да көрсетуге болады.