Kladka nevyužívá palivo ani elektřinu a nefunguje sama, ale stále je to stroj. Není to stroj tak, jak je slovo definováno slovníkem Merriam-Webster, ale stroj tak, jak toto slovo definují inženýři: „Jednoduché stroje jsou zařízení, která lze použít k znásobení nebo zesílení síly, kterou aplikujeme — často na úkor vzdálenosti, kterou působíme silou. “
Každý stroj má mechanickou výhodu
Seznam jednoduchých strojů zahrnuje položky, které lidé používají každý den, například kladiva, šroubováky a kliky. Všechny tyto nástroje spadají do jedné ze šesti klasických kategorií jednoduchých strojů. Kategorie jsou:
- Kolo na hřídeli
- Kladka
- Páka
- Nakloněná rovina
- Šroub
- Klín
Někteří vědci považují šroub a klín za speciální typy nakloněných rovin, což snižuje seznam na čtyři položky. Můžete dokonce považovat řemenici za speciální případ kola a nápravy a seznam zmenšit na tři položky. Bez ohledu na to, kolik položek je na seznamu, je kladka kvalifikována jako stroj.
Poměr výstupní síly stroje k síle, kterou na něj aplikujete, se nazývá stroj
Mechanická výhoda kladkového systému
Mechanickou výhodu kladkového systému můžete vypočítat výpočtem síly potřebné ke zvednutí břemene do určité výšky bez kladky (výstupní síla, FÓ) a poté výpočet síly potřebné k tomu, aby to bylo provedeno s řemenicí (vstupní síla FJá). Mechanickou výhodou je poměr výstupní síly k vstupní síle: MA = FÓ/ F.Já. Čím menší je vstupní síla ve vztahu k výstupní síle, tím větší je mechanická výhoda.
U jednoduchého kladkového systému je výpočet jeho mechanické výhody směšně snadný. Jednoduše spočítáte počet lan, která podpírají náklad.
Jakmile znáte mechanickou výhodu, můžete vypočítat sílu potřebnou ke zvednutí známé hmotnosti. Síla a hmotnost znamenají totéž, takže výpočtem mechanické výhody budete moci zjistit snížení zatížení kladky.
Abyste získali mechanickou výhodu, musíte táhnout více lan
„Počkej,“ říkáš. „Jak víš, že mechanická výhoda se rovná počtu lan?“ Chcete-li odpovědět na tuto otázku, musíte vědět co práce je, a ne druh práce, kterou děláte na své práci 9: 5.
Co se týče fyziků, pracujete (W) působením síly (F) na vzdálenost (d). Práce se vypočítá vynásobením síly vzdáleností:
W = F • d.
Práce souvisí s energií a protože jedním z nejzákladnějších přírodních zákonů je, že energie je vždy zachována, musí být zachována i práce. Pokud je síla působící na kladkový systém menší než síla potřebná ke zvednutí břemene, musí se něco změnit, aby se vynaložená práce rovnala množství práce potřebné ke zvednutí břemene.
Množství, které se mění, je vzdálenost. Při použití kladkového systému vyvíjíte menší sílu na zvedání břemene, ale musíte zvednout břemeno do určité výšky, abyste vytáhli více lana. Pokud máte dvojitý kladkový systém, musíte vytáhnout dvakrát tolik lana; v systému trojité kladky musíte táhnout třikrát tolik atd. Ve skutečnosti pro jakýkoli kladkový systém můžete vypočítat množství dalšího lana, které musíte vytáhnout, spočítáním počtu lan podporujících náklad.
Snížení hmotnosti, síly a zatížení kladky
Hmotnost a síla nejsou různá množství. Váha objektu není nic jiného než síla na něj vyvíjená gravitací, takže když předmět zvednete, musíte vyvinout sílu rovnou gravitační síle. Pokud máte jediný kladkový systém, řemenice vám umožňuje táhnout za lano místo nahoru, což je rozhodně jednodušší, ale nutit se stále rovná hmotnost nákladu zvedáš.
Pokud přidáte kladku pod první, provléknete lano kolem obou kladek a zavěsíte náklad na druhou kladku, náklad je nyní podepřen dvěma lany. Mechanická výhoda tohoto nového, vylepšeného systému řemenic je tedy 2, což znamená, že musíte pouze namáhat síla rovnající se polovině hmotnosti břemene zvednout to. Zavěste třetí kladku z první, provlékněte lano tak, aby tři lana pozastavila náklad a síla, kterou musíte vyvinout, abyste zvedli náklad, je pouze jedna třetina jeho hmotnosti.
Dalo by se obecně říci, že snížení zatížení kladky je převrácená hodnota počtu lan podporujících zatížení, ale jen málo praktických kladkových systémů má více než čtyři lana. V důsledku toho je maximální snížení zatížení řemenice, které si můžete uvědomit, čtvrtinová hmotnost nákladu. Ve skutečnosti je skutečné snížení zatížení o něco menší než toto, protože musíte vzít v úvahu tření v řemenicích.
Příklad kalkulačky hmotnosti řemenice
Předpokládejme, že můžete zvednout osobu o hmotnosti 200 liber sami, ale to je limit vašich schopností vzpírání. Mohli byste navrhnout kladkový systém pro zvednutí automobilu o hmotnosti 2 000 liber? Pravděpodobně ne proto, že i systém se čtyřmi řemenicemi by snížil váhu pouze o čtvrtinu, a to je stále 500 liber.
Předpokládejme, že byste mohli sestavit pár kladkových systémů a získat kamaráda, který je stejně silný jako vy, aby jeden z nich vytáhl. Stále byste měli potíže, ale možná byste to dokázali, protože každá kladka by zvedla polovinu hmotnosti, tedy 1 000 liber, a čtvrtina této hmotnosti je 250 liber. Pokud byste k práci přidali třetí kladku a třetí osobu, každý člověk by musel vyvinout sílu pouze 167 liber, což je v jejich silách, takže tento systém by fungoval snadno.
Kalkulátor hmotnosti kladky nezávisí na tom, která váha se při tažení lana zvedne jako první, protože pokud jedna osoba zatáhne dříve, než ostatní dvě, auto se nepohybuje. Všichni tři lidé musí táhnout současně, aby správně rozdělili náklad a rovnoměrně rozložili váhu mezi tři kladky. Když tři lidé pracují současně, je ve skutečnosti 12 lan podporujících auto, což činí mechanická výhoda systému řemenic 12 a snižuje čistou sílu potřebnou ke zvednutí vozidla na 2 000 ÷ 12 = 167 liber.
