Περιεχόμενο
Μια τροχαλία είναι ένα όργανο που έχει σχεδιαστεί για να διευκολύνει την ανύψωση μιας βαριάς μάζας αλλάζοντας την κατεύθυνση της δύναμης που πρέπει να εφαρμοστεί για τη μετακίνηση του αντικειμένου. Ο πιο βασικός τύπος τροχαλίας αποτελείται από σχοινί και τροχαλία, αλλά υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι τροχαλιών που λειτουργούν με κάπως διαφορετικούς μηχανισμούς.
Τύποι τροχαλιών
Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι τροχαλιών: σταθεροί τροχαλίες, τροχαλίες και συνδυασμένα συστήματα τροχαλιών. Η σταθερή τροχαλία αποτελείται από μια ροδέλα που κρέμεται από κάτι σαν μια δοκό, με ένα σχοινί τυλιγμένο γύρω της. Το ένα άκρο του σχοινιού συνδέεται με ένα αντικείμενο και το άλλο τραβιέται για να το σηκώσει. Η σταθερή τροχαλία παραμένει στην ίδια θέση ενώ το αντικείμενο ανυψώνεται, ενώ το κινητό είναι κρεμασμένο με τρόπο που του επιτρέπει να κινηθεί. Το συνδυασμένο σύστημα τροχαλίας συναρμολογείται με περιτύλιξη ενός μόνο σχοινιού μεταξύ δύο ή περισσοτέρων τροχαλιών. Μερικοί απλοί υπολογισμοί φυσικής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της αποτελεσματικότητας ενός συστήματος τροχαλιών.
Σταθερές και κινητές τροχαλίες
Μια σταθερή τροχαλία δεν μειώνει τη δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση ενός αντικειμένου. Όταν συνδέετε το ένα άκρο του σχοινιού με ένα μπλοκ των 20 κιλών, πρέπει να εφαρμόσετε τουλάχιστον το ίδιο ποσό δύναμης για να το σηκώσετε τραβώντας το άλλο άκρο του σχοινιού - και στην πραγματικότητα, η δύναμη αυτή θα είναι ακόμη μεγαλύτερη , καθώς είναι επίσης απαραίτητο να μετακινήσετε το σχοινί και να ξεπεράσετε την τριβή. Σε φυσικούς όρους, η σταθερή τροχαλία δεν προσφέρει κανένα μηχανικό πλεονέκτημα. Ωστόσο, οι κινητές τροχαλίες επιτρέπουν την ανύψωση του φορτίου με λιγότερη προσπάθεια, με αποτέλεσμα να είναι μηχανικά πλεονεκτική. Ωστόσο, είναι ακόμα λιγότερο αποτελεσματικές από τις συνδυασμένες τροχαλίες, οι οποίες λειτουργούν κατανέμοντας τη δύναμη μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του σχοινιού.
Συνδυασμένα συστήματα τροχαλιών
Τα συνδυασμένα συστήματα τροχαλιών λειτουργούν κατανέμοντας τη δύναμη που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός αντικειμένου. Σε ένα σύστημα με δύο τροχαλίες το σχοινί χωρίζεται σε τρία τμήματα. Το ένα πηγαίνει από την οροφή στην πρώτη τροχαλία, όπου το αντικείμενο παγιδεύεται. Το δεύτερο τμήμα εκτείνεται από την πρώτη τροχαλία στη δεύτερη τροχαλία που βρίσκεται πλησιέστερα στην οροφή. Το τρίτο πηγαίνει από τη δεύτερη τροχαλία στο άτομο που τραβά το σχοινί. Εάν το αντικείμενο ζυγίζει 150 κιλά, συνήθως θα χρειαστεί δύναμη 150 κιλών για να τον αναστείλει. Αλλά με αυτή τη διαμόρφωση συνδυασμένων τροχαλιών, κάθε τμήμα του σχοινιού φροντίζει για το ένα τρίτο της δύναμης, έτσι ώστε η συνολική δύναμη που θα πρέπει να εφαρμόσει ο χειριστής θα είναι 50 κιλά. Αυτό μπορεί να εκφραστεί με έναν φυσικό υπολογισμό: L είναι ίσο με το F φορές τον αριθμό των τμημάτων του κορδονιού, όπου L ισούται με το βάρος του φορτίου και το F με την ποσότητα δύναμης.
Υπολογισμοί
Χρησιμοποιώντας τον απλό φυσικό τύπο L = F φορές τον αριθμό των τμημάτων σχοινιού, είναι εύκολο να υπολογίσετε την ποσότητα δύναμης που απαιτείται για την αναστολή ενός βαρέος αντικειμένου με ένα σύστημα τροχαλίας. Εάν το σχοινί του συστήματος τροχαλίας σας χωρίζεται σε τέσσερις τομές, η δύναμη που εφαρμόζεται στο τράβηγμα θα πολλαπλασιαστεί με τέσσερις στο άλλο άκρο του σχοινιού. Για παράδειγμα, αν το αντικείμενο που πρόκειται να ζυγιστεί ζυγίζει 500 κιλά και η εφαρμοζόμενη δύναμη είναι 125 κιλά, θα μπορείτε να μετακινήσετε το αντικείμενο από 1.000 = 250 x 4. Ωστόσο, το ποσό που πρέπει να τραβήξετε θα πολλαπλασιαστεί με τον ίδιο αριθμό , έτσι ώστε αντί να τραβήξετε, για παράδειγμα, ένα μέτρο σχοινιού για να φέρετε το αντικείμενο να αυξάνεται κατά ένα μέτρο, θα χρειαστεί να τραβήξετε τέσσερα μέτρα σχοινιού έτσι ώστε να ταξιδεύει στην ίδια απόσταση. Για το λόγο αυτό, τα συστήματα τροχαλίας μπορεί να μην είναι πολύ αποτελεσματικά, αλλά να παρέχουν ένα καλό μηχανικό πλεονέκτημα.
