Hvor meget vægt tager en remskive af?

En remskive bruger ikke brændstof eller elektricitet, og den kører ikke alene, men den er stadig en maskine. Ikke en maskine, som ordet er defineret i Merriam-Webster-ordbogen, men en maskine, som ingeniører definerer ordet: "Enkle maskiner er enheder, der kan bruges til at formere eller udvide en kraft, som vi anvender — ofte på bekostning af en afstand, gennem hvilken vi anvender styrken. "

Listen over enkle maskiner inkluderer ting, folk bruger hver dag, såsom hamre, skruetrækkere og dørhåndtag. Alle disse redskaber falder ind i en af ​​de seks klassiske kategorier af enkle maskiner. Kategorierne er:

• Hjul og aksel
• Remskive
• Håndtag
• Skråplan
• Skrue
• Kile

Nogle forskere betragter skruen og kilen som specielle typer skråplan, hvilket reducerer listen til fire poster. Du kan endda betragte remskiven som et specielt tilfælde af et hjul og en aksel og reducere listen til tre emner. Uanset hvor mange genstande der er på listen, er en remskive dog en maskine.

Forholdet mellem en maskins outputkraft og den kraft, du påfører den, kaldes maskinens

Du kan beregne den mekaniske fordel ved et remskivesystem ved at beregne den krævede kraft til at løfte en last til en bestemt højde uden en remskive (udgangskraft, F_O) og derefter beregne den krævede kraft til at gøre det med remskiven (inputkraften F_jeg). Den mekaniske fordel er forholdet mellem udgangskraften og indgangskraften: MA = F_O/ F_jeg. Jo mindre inputkraften er i forhold til outputkraften, jo større er den mekaniske fordel.

For et simpelt remskivesystem er beregningen af ​​dets mekaniske fordel latterligt let. Du tæller simpelthen antallet af reb, der understøtter belastningen.

Når du kender den mekaniske fordel, kan du beregne den nødvendige kraft til at løfte en kendt vægt. Kraft og vægt betyder det samme, så ved at beregne den mekaniske fordel kan du finde ud af reduktion af remskivebelastningen.

"Vent," siger du. "Hvordan ved du, at den mekaniske fordel er lig med antallet af reb?" For at besvare dette spørgsmål skal du vide hvad arbejde er, og ikke den slags arbejde, du udfører på dit 9- til 5-job.

Hvad fysikerne angår, arbejder du (W) ved at anvende en kraft (F) over en afstand (d). Du beregner arbejdet ved at gange kraften med afstanden:

W = F • d.

Arbejde er relateret til energi, og da en af ​​de mest grundlæggende naturlove er, at energi altid bevares, skal arbejdet bevares. Hvis den kraft, der påføres et remskivesystem, er mindre end den krævede kraft til at løfte lasten, skal der ændres noget for at gøre det arbejde, du udfører, lig med den nødvendige mængde arbejde for at løfte lasten.

Mængden, der ændres, er afstand. Du bruger mindre kraft til at løfte en last, når du bruger et remskivesystem, men du skal trække mere reb for at hæve lasten til en bestemt højde. Hvis du har et dobbelt remskivesystem, skal du trække dobbelt så meget reb; i et tredobbelt remskive-system skal du trække tre gange så meget osv. Faktisk kan du beregne mængden af ​​ekstra reb, du skal trække for ethvert remskivesystem ved at tælle antallet af reb, der understøtter lasten.

Vægt og kraft er ikke forskellige mængder. En genstands vægt er intet andet end den kraft, der udøves af den ved tyngdekraften, så når du løfter en genstand, skal du udøve en kraft svarende til tyngdekraften. Hvis du har et enkelt remskivesystem, giver remskiven dig mulighed for at trække ned på rebet i stedet for op, hvilket bestemt er lettere, men tvinge dig til at udøve er stadig lig med lastens vægt du løfter.

Hvis du tilføjer en remskive under den første, løkker rebet rundt om begge remskiver og suspenderer en last fra den anden remskive, belastningen understøttes nu af to reb. Den mekaniske fordel ved dette nye, forbedrede remskivesystem er derfor 2, og det betyder, at du kun behøver at udøve en kraft svarende til halvdelen af ​​lasten at løfte det. Hæng en tredje remskive fra den første, løb rebet igennem, så tre reb hænger lasten op, og den kraft, du skal udøve for at løfte lasten, er kun en tredjedel af dens vægt.

Man kan generelt sige, at remskivebelastningsreduktion er det gensidige af antallet af reb, der understøtter lasten, men få praktiske remskiver har mere end fire reb. Derfor er den maksimale reduktion af remskivebelastning, du kan realisere, en fjerdedel af lastens vægt. I virkeligheden er den faktiske belastningsreduktion lidt mindre end dette, fordi du skal tage hensyn til friktion i remskiverne.

Antag, at du selv kan løfte en person på 200 pund, men det er grænsen for dine vægtløftningsevner. Kunne du tænke et remskive-system til at løfte en 2.000 pund bil? Sandsynligvis ikke fordi selv et firhjulssystem kun ville reducere vægten med en fjerdedel, og det er stadig 500 pund.

Antag at du kunne rigge op et par remskiver og få en ven, der er lige så stærk som dig, til at trække en af ​​dem. Du vil stadig have problemer, men du kan muligvis gøre det, fordi hver remskive løfter halvdelen af ​​vægten eller 1.000 pund, og en fjerdedel af den vægt er 250 pund. Hvis du tilføjede en tredje remskive og en tredje person til jobbet, skulle hver person dog kun udøve 167 pund kraft, hvilket ligger godt inden for deres evne, så dette system ville fungere let.

En lommeregner til remskive afhænger ikke af, hvilken vægt der løftes først, når rebet trækkes, for hvis en person trækker inden de to andre gør det, bevæger bilen sig ikke. Alle tre personer skal trække samtidigt for at dele lasten korrekt og fordele vægten jævnt mellem de tre remskiver. Når de tre mennesker arbejder samtidigt, er der i virkeligheden 12 reb, der understøtter bilen, hvilket gør mekanisk fordel ved remskivesystemet 12 og reducerer den krævede nettokraft for at løfte køretøjet til 2.000 ÷ 12 = 167 pund.