Der mechanische Vorteil von Block & Tackle

Eine Flaschenzugrolle ist eine Maschine, die den Kraftaufwand, der zum Bewegen oder Heben eines Objekts wie einer schweren Kiste erforderlich ist, stark reduziert. Eine Standardrolle besteht aus einem einzelnen Rad auf einer Achse, über das ein Seil läuft. Eine Riemenscheibe allein kann nur die Richtung einer auf ein Objekt ausgeübten Kraft ändern. Ein System von zusammenarbeitenden Riemenscheiben kann einen Flaschenzug bilden, der die Kraft zusätzlich zur Änderung der Kraftrichtung vervielfacht, was bedeutet, dass weniger Kraft erforderlich ist, um ein Objekt zu bewegen. Der Grad, in dem der Flaschenzug die Kraft vervielfacht, ist sein mechanischer Vorteil.

Block und Flaschenzüge werden häufig in Bereichen eingesetzt, in denen keine schweren Maschinen zur Verfügung stehen und stattdessen menschliche Kraft ersetzt werden muss. In der Antike wurden Flaschenzüge bei Bauprojekten verwendet, um schwere Lasten zu bewegen. In der Neuzeit werden sie häufig auf Booten verwendet, auf denen ein Kran oder andere schwere Hebegeräte unpraktisch wären.

Wenn wir versuchen würden, 200 Pfund zu heben. Kiste vom Boden in die Sparren eines Gebäudes, wir könnten dies mit einem einfachen Flaschenzug tun. Wir legten eine Rolle in die Sparren und führten ein Seil durch, wobei wir ein Ende des Seils an der Kiste befestigten. Durch Ziehen am anderen Ende des Seils (dem Zugteil) konnten wir die Kiste in die Sparren heben. Bei diesem System ziehen wir jedes Mal einen Fuß mit 200 lbs am Seil. Kraft, heben wir die Kiste mit einem Fuß an. Heben mit weniger als 200 lbs. Kraft wird unsere 200 lb nicht bewegen. Kiste.

Wenn wir das Seil, anstatt das Seil direkt an der Kiste zu befestigen, durch eine neue, an der Kiste befestigte Rolle führen und dann das Seilende an den Sparren befestigen würden, hätten wir einen Flaschenzug. Jedes Mal, wenn wir am freien Ende des Seils zogen, musste das Seil nun zweimal zwischen den Sparren und der Kiste wandern. Wir müssten zwei Füße am Seil ziehen, um die Kiste mit einem einzigen Fuß anzuheben. Allerdings müssten wir nur mit 100 lbs ziehen. der Kraft.

Diese Diskrepanz zwischen der zum Bewegen eines Objekts erforderlichen Kraft und dem Gewicht des Objekts ist der mechanische Vorteil des Flaschenzuges. Dies ist das Gleiche wie der Unterschied zwischen dem Seilzug, den wir ziehen, und der Entfernung, die sich das Objekt bewegt. Um den mechanischen Vorteil zu berechnen, können wir entweder das Gewicht des anzuhebenden Objekts durch die Kraft, die zum Anheben erforderlich ist, oder wir können die Seillänge, die wir ziehen müssen, durch die Entfernung des Objekts dividieren bewegt. Um den mechanischen Vorteil unserer Maschine nach der ersten Methode zu ermitteln, teilen wir das Gewicht der Kiste, 200 Pfund, um die Kraft, die zum Heben erforderlich ist, 100 Pfund, was uns einen mechanischen Vorteil von zwei gibt. Die gleiche Antwort erhalten wir, wenn wir die Länge des Seils, das wir auf einmal schleppen, 2 Fuß durch die Entfernung der Kiste, einen Fuß, dividieren. Als Faustregel gilt, dass die Anzahl der Seillängen zwischen den beiden Umlenkrollen in einem Flaschenzug dem mechanischen Vorteil der Maschine entspricht. In unserer Maschine läuft das Seil von der oberen Rolle zur unteren Rolle und zurück zu den Sparren: Zwei Seillängen geben uns unseren mechanischen Vorteil von zwei.

Obwohl ein Flaschenzug die Kraft verringert, die zum Bewegen eines Objekts erforderlich ist, ändert es nicht den Arbeitsaufwand. Zum Beispiel können Sie mit einem Block and Tackle mit einem mechanischen Vorteil von vier ein 4 lb heben. Objekt mit nur 1 lb. der Kraft. Sie müssen jedoch auch 4 Fuß Seil ziehen, um das Objekt um einen Fuß anzuheben.

Wenn sich ein Objekt gegen ein anderes Objekt bewegt, geht ein Teil der Energie des sich bewegenden Objekts durch Reibung verloren. Bei Flaschenzügen verringert eine gewisse Reibung in den Riemenscheiben den mechanischen Vorteil der Maschine. Um Reibung in die Berechnung des mechanischen Vorteils eines Flaschenzuges einzubeziehen, dividieren Sie das Gewicht des anzuhebenden Objekts durch das Gewicht, das zum Anheben erforderlich ist.