Анатомия автомата "Репка".
СТАТЬЯ
Как связан советский силомер и Закон Гука? Как устройство понимает, какую силу приложил игрок? И где еще в повседневной жизни встречаются пружины?
Исторически первыми упругими элементами, применяемыми человеком, считаются различные бытовые пинцеты и прищепки-зажимы, луки и удочки. Еще в пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия, а позже, в Греции, был изобретен безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным.

Давайте посмотрим на автомат Репка и подумаем, каким же образом он определяет вашу силу. Дело в том, что в ручке автомата установлена пружина — упругий элемент машин и различных механизмов, накапливающий и отдающий, или поглощающий механическую энергию.

Удлинение пружины описывается законом Гука (1660 год, Р. Гук), который гласит, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях.

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.
Основой автомата «Репка» можно с уверенностью назвать систему из нескольких пружин и рукоятку, за которую нужно тянуть при игре. Приведём схематичный и весьма упрощенный рисунок этой части автомата для упрощения рассказа:
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ЧАСТИ:
  • Основная пружина (1)
  • Пружина для поддержки ручки (2)
  • Малая пружина для натяжения измерительного троса (3)
  • Ручка (4)
  • Защитный кожух (5)
  • Внутренняя защитная оболочка (6)
  • Измерительный трос (7)
  • Платформа (8)
  • Датчик поворота (9)
  • Электротехническая магия (10)
ОСНОВНАЯ ПРУЖИНА
Эта пружина принимает основное участие в «игре», создаёт силу, противодействующую игроку.
ПРУЖИНА ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ РУЧКИ
Несмотря на приличные размеры, этот элемент автомата участия в игре не принимает и необходим для удерживания ручки на весу, когда ее не держит игрок.
МАЛАЯ ПРУЖИНА
Служит для натяжения измерительного троса – натягивает измерительный трос, а также позволяет ему изменять свою длину
РУЧКА
Ручка – за неё держится игрок. Сделана из жесткого советского пластика.
ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ
Защищает пружину для поддержания ручки (2) от внешнего воздействия: пыли, жидкостей и любознательных индивидуумов.
ВНЕШНЯЯ ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА
Находится снаружи корпуса автомата. Защищает от механических повреждений и прочих воздействий.
ВНУТРЕННЯЯ ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА
Находится внутри корпуса автомата и носит несколько функций: защищает от внешних воздействий пружину (1), направляет движение платформы (8) и является опорой для крепежа малой пружины (3).
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРОС
Соединён своими концами с пружиной (3) и платформой (8). Средняя часть троса обмотана вокруг датчика поворота (9).
ПЛАТФОРМА
Платформа – соединена с ручкой (4) при помощи стального стержня. Необходима для создания упора пружины (1).
ДАТЧИК ПОВОРОТА
Способен менять электрический сигнал в зависимости от угла поворота его цилиндрической части. Работает по принципу реостата – изменяет своё сопротивление.
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ МАГИЯ
Итогом ее работы является преобразование сигнала датчика (9) в значение усилия, которое создал игрок. Ну и зажигать лампочку напротив персонажей сказки.
ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОМАТА
Изначально игрок становится рядом с автоматом и тянет за ручку (4). Ручка при помощи стального стержня жестко связана с пластиной (8). Таким образом, пытаясь вытянуть на себя ручку, игрок на самом деле пытается переместить в свою сторону пластину (8), что приводит к сжатию основной пружины (1). Жесткость этой пружины достаточно велика, чтобы оказывать серьезное сопротивление такому сжатию! Например, чтобы добраться хотя бы до уровня «Внучка», необходимо приложить силу около 1400 Н – что равносильно удерживанию (пусть и на долю секунды) тела массой почти 140 кг…
Но как же устройство понимает, какую силу приложил игрок?

Когда пластина двигается (пусть и на очень малое расстояние), прикреплённый к ней трос также вытягивается в сторону ручки. Такое движение заставляет трос натягиваться, ведь расстояние между его концами увеличивается. Обычный стальной трос быстро порвётся от таких нагрузок, но в данном случае на помощь приходит пружина (3) – она достаточно мягкая и легко растягивается. Тем самым она позволяет тросу «увеличить свою длину» и повернуть чувствительный элемент датчика (9) вокруг его оси.

Поворот чувствительного элемента приводит к изменению сигнала и работе электросхемы внутри автомата. Конкретный механизм обработки сигнала сложен и мы его рассматривать не будем. А вот принцип влияния на сигнал поворота элемента датчика разберём обязательно, но на примере другого автомата. 
ЗАКОН ГУКА
Закон Роберта Гука (17 в. Н.Э.) возник в результате длительного исследования упругого поведения различных материалов при сжатии, растяжении и более сложных типов деформации. Было обнаружено, что сила , с которой материал сопротивляется деформации (а кто из нас хочет, чтобы его деформировали?) прямо пропорциональна величине этой деформации . Таким образом,

Однако, хотя это и позволяет нам оценивать силу, возникающую в пружине, точное значение мы можем получить только, если будем знать значение специального коэффициента упругости . Эта величина определяется для каждого упругого элемента отдельно и зависит от многих параметров – материал, форма, размер, температура и т.д. Финально получаем закон Гука:
УПРУГИЕ СИСТЕМЫ
Зачастую одной пружины оказывается недостаточно для достижения желаемого результата – слишком маленький коэффициент упругости, слишком большой размер пружины или необходимость удерживать в слишком большое тело. Многие задачи требуют применения нескольких упругих элементов – формировать упругие системы.
Здесь мы посмотрим на две самые простые схемы – последовательное и параллельное соединения пружин.
Последовательное соединение – позволяет комбинировать пружины, подсоединяя их концами друг к другу. В таком случае, коэффициент упругости системы определяется по следующей схеме:
Как видно, такое соединение позволяет уменьшить упругость системы и достигать более «тонкой» настройки устройства.

Параллельное соединение, напротив, позволяется значительно увеличить упругость и добиться гораздо большей жесткости. В данном случае используется правило:
Использование же нескольких таких соединений в одном устройстве позволяет добиться почти любых желаемых упругих характеристик системы.
ПРУЖИНЫ В НАШЕЙ ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ
В мире существует большое разнообразие аппаратов для взвешивания объектов – начиная от простейших чашечных весов (какие использовала, например, греческая богиня закона Фемида) и заканчивая ультрасовременными системами, которые помимо веса оценивают многие параметры организма человека. Однако, самыми популярными и ходовыми можно назвать Пружинные весы.
Суть их работы заключает в растяжении тяжелыми (или не очень) грузом специально подобранной пружины. И на основании этого силы этого растяжения сделать вывод о весе тела.
Другим примером может служить система амортизации у автомобиля. Самые простые системы включают в себя одну или несколько пружин, обеспечивающих мягкость поездки.
Ещё одним, но более сложным, примером для нас может послужить обычная дверная ручка. Внутри каждого замка существует пружина (спиральная), которая удерживает ручку в горизонтальном положении и не даёт замку самопроизвольно открываться. Кстати, такие же пружины (только маленькие) используются и в заводных механизмах разнообразных игрушек, наручных и настенных часов.