ПРИМЕНЕНИЕ ПРАВИЛА РЫЧАГА В ПОЖАРНОЙ ОХРАНЕ

​APPLICATION OF THE LEVER RULE IN FIRE PROTECTION

Evgenia Medvedeva

cadet, Department of Fire, Emergency and Rescue Equipment and Special Technical Means, Ural Institute of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia,

Russia, Yekaterinburg

Irina Korolkova

scientific supervisor, Senior lecturer of the Department of Fire, Emergency and Rescue Equipment and Special Technical Means, Ural Institute of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia,

Russia, Yekaterinburg

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены пожарные инструменты многофункционального лом – резака «Tactical Hooligan» и арматурные ножницы кусачки, применяемые при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работах. Действия с данными инструментами объясняется основными законами прикладной механики.

ABSTRACT

This article discusses the fire tools of the multifunctional scrap cutter "Tactical Hooligan" and reinforcing scissors pliers used in extinguishing fires and carrying out emergency rescue operations. The basic laws of applied mechanics explain actions with these tools.

Ключевые слова: Аварийно-спасательный инструмент, пожарный инструмент, спасатель, пожарный.

Keywords: Emergency rescue tool, firefighting tool, lifeguard, firefighter.

Рычаг – это один из древнейших простейших механизмов, который позволял многократно увеличивать физические возможности человека. Сегодня трудно определить место и время, когда рычаг был впервые применен человеком осознанно. Наверное, это была палка, с помощью которой человек выворачивал из земли камни и выдергивал съедобные корни. С помощью палки было легче приподнять тяжелый камень, поддев его снизу. Чем палка длиннее, тем легче передвигать камень. Палка здесь выступает в роли простейшего рычага, принцип действия которого люди понимали уже в те давние времена. Рычаг представляет собой жесткий стержень, способный свободно вращаться относительно точки опоры. Примером рычага являются такие древнейшие орудия труда, как мотыга, метла, весло, молоток с расщепом. Человеческое тело представляет целую систему рычагов, где суставы служат точками опоры. С этой наукой человечество познакомил Древнегреческий учёный Архимед. Он родился около 287 г. до н. э. в Сиракузах, греческой колонии на о. Сицилия. Его считают создателем механики — раздела физики, изучающего движение тел. Архимед объяснил принцип действия рычага. [1, 3, 5] Он обнаружил, что в каждом теле есть центр тяжести — точка, за которую можно подвесить это тело, чтобы оно сохранило равновесие — своё первоначальное положение. Уравновешивая концы перекладины — плечи рычага — с грузами разной массы, Архимед вывел закон рычага: во сколько раз больше масса на одном из плеч уравновешенного рычага (или сила, приложенная к этому плечу), во столько же раз это плечо должно быть короче другого. Если F — это сила, а D — длина плеча рычага, то:

F1 * D1 = F2 * D2.

Рисунок 1. Условия равновесия

На рисунке 1 представлена линейка, лежащая на карандаше, - это рычаг. Карандаш в точке О - служит опорой рычага, а отрезки линейки ОА и ОВ - плечи рычага. Положим карандаш под середину линейки. Линейка не качается и сохраняет то же горизонтальное положение, как если б она лежала на столе, то есть находится в равновесии. Следовательно, центр тяжести линейки находится в её середине.

Рисунок 2. Условия равновесия сил

Положим на концы линейки по ластику Л – плечи рычага останутся в равновесии, так как одинаковая масса расположилась на одинаковом расстоянии от центра.

Рисунок 3. Пример работы центра тяжести

Добавим на плечо ОА ещё 2 ластика, и оно перевесит плечо ОВ с одним ластиком. Это значит, что центр тяжести линейки с ластиками сместился.

Рисунок 4. Пример «Золотого правила механики»

Уравновешиваем линейку видимых ластиков, местив карандаш-опору ближе к трем ластикам. Плечо ОА стало короче плеча ОВ на столько же, насколько один ластик, легче двух. З ластика делим на 1 ластик, получаем расстояние ОБ делённое на расстояние АО.

По преданию, Архимед, открыв этот закон, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!» Архимед сконструировал рычажные метательные машины, бросающие огромные камни. Он придумал рычажные весы, представляющие собой равноплечий рычаг: если он уравновешен, значит, вес предмета в чашке одного его плеча равен весу гирек в чашке другого плеча. [5]

Человечество каждый день сталкивается с чрезвычайными ситуациями, которые ликвидируют спасатели и пожарные. На сегодняшний день в подразделениях пожарной охраны мира и России используется различный аварийно-спасательный инструмент (АСИ) применяемый при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ (АСР), но мало кто знает, что ещё в первой половине прошлого столетия в Нью-Йорке был разработан известный всем пожарным инструмент «Хулиган» (Хэллиган). Его основная функция была направлена на вскрытие замков на дверях и решёток на оконных проёмах. В настоящий момент носит название спасательный многофункциональный лом – резак «Tactical Hooligan» (СМЛР). Он просто в назначении и применении, но даже в XХI веке пользуется большим спросом у пожарных.

Данный АСИ имел много положительных отзывов у пожарных, в которые так же входил удобное расположение в руке и небольшой вес. Первый «Хулиган» был весом менее 4 кг и. Уже через 10 лет такой инструмент имелся в каждой пожарной части Нью-Йорка. [1]

Рисунок 5. Спасательный многофункциональный лом – резак «Tactical Hooligan».

При помощи основных знаний физики и прикладной механики спасатели используют рукоятку как рычаг, и при резке металла берут данную рукоятку как можно ближе к головке СМЛР которая служит для вскрытия дверей и срывания замков. Рычаг представляет собой простейший механизм, жёсткую балку, имеющую опору и вращающуюся вокруг этой опоры. Таким образом, разрез металла получается исходя из «Золотого правила механики» - условия равновесия рычага: «Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него обратно пропорциональны плечам этих сил». И записываются по формуле: [3]

 = ,                                                                          (1)

где F₁ и F₂ – силы, действующие на рычаг;

l₁ и l₂ – плечо этих сил.

Таким образом, пожарный, затрачивая меньшее количество энергии и сил и получает желанный результат. [2]

В настоящее время «Хулиган» носит наименование универсального лома «Holligan». Его технические характеристики слегка изменили назначение, из-за чего существенно добавился вес. На данный момент вес «Хулигана» составляет 5,9 кг, а в применении добавились вилка гвоздодёр, плоский клин-пятка, выполняющий функцию, что и гидравлический инструмент, обратная сторона клин-пятки может использоваться как кувалда. [1[

Следовательно, современный «Holligan» добавил в себя некоторые вспомогательные составляющие, но при этом не изменил своего функционального назначения. Физическая и механическая функции универсального лома «Хулиган» основываются на условии равновесия рычага, что помогает пожарным и спасателям при выполнении АСР.[1]

Ещё один из инструментов пожарно-технического вооружении (ПТВ), который прост в своём назначении и применении – это арматурные ножницы-кусачки. Они предназначены для перекусывания прутика металлического стержня. Первые ножницы не относились к механизированному инструменту, и использовались исходя из «Золотого правила механики». Ножницы — это рычаг, через винт которого происходит вращение по оси, соединяющий две половины ножниц. Действующей силой F₁ является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Таким образом, пожарный оставляет свои силы на решение более сложных физических задач. В настоящее время такие ножницы стали редкостью в применении, так как ПТВ имеет большое количество разработок и новых более выгодных для сложных работ инструментов, так арматурные ножницы – кусачки заменили на гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ), который включает в себя функции не только разреза металлических конструкции, но и может производить работы по разжиму. [1]

Следующее устройство, применяемое спасателями – это полиспаст. Полиспаст представляет собой спасательное грузоподъемное устройство, состоящее из нескольких неподвижных и подвижных блоков, огибаемых веревкой, тросом или канатом, имеющее возможность поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.

Рисунок 6. Спасательное грузоподъёмное устройство полиспаст.

При помощи данного устройства возможно эвакуация пострадавших или имущества из чрезвычайной ситуации не за действуя при этом большого количество энергии и сил. В данном случае, используя подвижный блок выигрыш в силе составляет в 2 раза, но при этом проигрыш в расстоянии так же составляет в 2 раза. Если использовать неподвижный блок, то тогда выигрыша в силе не будет, а изменится лишь направление силы. [5]

Блок, вероятно, использовали ещё египтяне при строительстве пирамид. Открытие закона рычага помогло Архимеду понять принцип действия блоков и придумать сложные системы подвижных и неподвижных блоков –полиспастов. В полиспасте неподвижные блоки дают возможность правильно выбрать угол приложения сил, а каждый подвижный блок вдвое сокращает усилия по перемещению груза. Легенда утверждает, что с помощью полиспаста собственной конструкции Архимед в одиночку подтянул к воде огромный корабль.

Рассмотрев АСИ используемый на вооружении в подразделениях пожарной охраны можно сделать вывод, что при применении «Золотого правила механики» применимо абсолютно ко всем простым механизмам. Многовековая практика показала, что ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе. Простые механизмы облегчают труд человека, но не уменьшают совершаемую им работу. Они просто помогают переводить одни виды усилий в другие, более удобные в конкретной ситуации. Мы имеем выигрыш в силе, но при этом проигрываем в размерах, в данном случае в длине. Чем длиннее плечо, тем меньше затрачивается сила.

Список литературы:

1. Пожарная энциклопедия [Электронный ресурс]. – Fireman club https://fireman.club/statyi-polzovateley/sposob-primeneniya-avarijno-spasatelnogo-instrumenta-xuligan/
2. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики: учеб. для вузов– Москва: «Высшая школа», 2010. – С.31–40.
3. Маркеев А.П. Теоретическая механика, 1999. С.22-53.
4. Прикладная механика Т.А. Яковенко: учеб. пособие по выполнению расчётно-графических работ – Екатеринбург, 2019. – С. 8-12.
5. Электронный журнал [Электронный ресурс]. - «Великие открытия человечества» https://mirnovogo.ru/rychag/