12/21. В настоящей главе выход Е обычно рассматривался как постоянный, но такое допущение отнюдь не должно затемнять того обстоятельства, что эта форма включает большое число случаев, не содержащих, на первый взгляд, никакого элемента постоянства. Об этом упоминалось в  11/15. Здесь мы рассмотрим один пример, который уже сейчас важен во многих отношениях и который особенно понадобится нам в гл. 14. Я имею в виду те регулирующие и управляющие устройства, которые усиливают мощность.

Усилители мощности существуют во многих формах. Здесь я выберу лишь одну из них, простую и ясную (рис. 12/21/1).

Рис. 12/21/1.

Сжатый воздух в изобилии подается в A и проходит через сужение С, после чего либо устремляется в мехи В, либо выходит в клапан V. Давление в А значительно выше обычного рабочего давления в В, а отверстие С мало, так что воздух, проходя С, движется с постоянной скоростью. После этого он должен либо выходить через V, либо собираться в В, повышая давление z. Скорость выхода воздуха в V, где отверстие частично закрыто конусом, зависит от вертикального перемещения (х) конуса. Последний прикреплен к одному из концов легкого жесткого стержня /, который может поворачиваться вокруг оси К. При неподвижной оси опускание противоположного конца L стержня J поднимет конус, что откроет выход воздуху и вызовет падение давления z внутри В; обратно, поднятие L вызовет повышение z.

Давление воздуха в В противодействует тяжелому грузу В. Этот груз имеет вверху форму столба и может двигаться весь только вверх или вниз. На столбе укреплены две оси: К и М. М служит осью прочного бруса G, закрепленного в одном конце (В). Если Р поднимается, то М также поднимается на ту же высоту, а свободный конец И бруса G поднимается на высоту, вдвое большую.

Посмотрим теперь, что происходит при перемещении В. Положим, что оператор поднимает L на один дюйм. Другой конец (V) при этом опускается на один дюйм, и выходное отверстие клапана уменьшается, пропуская меньшее количество воздуха, так что воздух на-чинает скопляться в В и давление z повышается. Повысившееся давление поднимет Р и тем самым М и Н. Таким образом, движения М стремятся просто повторять движения L. [Мы можем заметить, что подъем Р (если L после подъема на один дюйм фиксируется) заставит клапан V приоткрыться. Таким образом, реакция всей системы на перемещение L будет самоограничи-вающейся, ибо обратная связь здесь отрицательна. При соблюдении определенных количественных подробностей, требующих точного учета при каждом практическом осуществлении, система будет устойчива в некотором состоянии равновесия, положение которого определяется положением L.]

Можно также рассматривать весь механизм как устойчивую систему, действующую таким образом, что когда перемещение В, скажем, на один дюйм будет стремиться вызвать перемещение V также на один дюйм, реакция всей системы будет стремиться аннулировать это. Иными словами, систему можно рассматривать как такую, которая стремится сохранить постоянным положение клапана V.

Теперь нам видно, как превратить эту систему в усилитель мощности и использовать ее в качестве подъемного крана.

Конструктор должен позаботиться о том, чтобы рычаг J был легким. Далее, клапан V должен быть устроен так, чтобы выходящий воздух, или давление г, не оказывало большого влияния на силу, прилагаемую к L. Конструктор должен также позаботиться о том, чтобы мехи В имели большую площадь соприкосновения с Р и чтобы среднее рабочее давление z было высоким (а давление в А - еще более высоким). Если это удастся, то небольшая сила, поднимающая L на один дюйм, сможет развить в Н большую силу, способную поднять тяжелый груз на такую же высоту. Так, сила в 1 фунт, передвигающая L на 1 дюйм, может заставить Н поднять на один дюйм груз в 1000 фунтов. Таким образом, система является усилителем работы (или мощности).
Пока что это был всего лишь простой и ясный пример применения описанных выше принципов регулирования и управления. Позже (в  14/1) мы вернемся к этому случаю, чтобы уяснить себе, как может совмещаться с усилителем мощности закон, утверждающий, что энергия не может возникать из ничего.

Упр. 1. Сколько степеней свободы имеют три тела Р, J, G?

Упр. 2. Измените устройство так, чтобы H, удерживая состояние равновесия, двигался в сторону, противоположную движению L.

Упр. 3. Измените устройство так, чтобы равновесие было неустойчивым.