Πώς λειτουργεί ένα σύστημα τροχαλίας;

Ένα σύστημα τροχαλίας διευκολύνει την ανύψωση ενός αντικειμένου από την ανύψωση του νεκρού βάρους με το χέρι. Μια μεμονωμένη τροχαλία ουσιαστικά αλλάζει την κατεύθυνση της έλξης ή της δύναμης που ασκείται. Όταν ένα άτομο χρησιμοποιεί δύο ή περισσότερες τροχαλίες σε ένα σύστημα, τότε το σύστημα πολλαπλασιάζει επίσης την ισχύ που ασκείται εκτός από την αλλαγή της κατεύθυνσής του. Με μια σταθερή και μία κινητή τροχαλία σε ένα σύστημα, διπλασιάζει ουσιαστικά το βάρος του φορτίου που θα μπορούσατε να ανυψώσετε χωρίς βοήθεια από άλλο άτομο με βάση το βάρος που μπορείτε να ανυψώσετε.

Ως μία από τις έξι απλές μηχανές, η τροχαλία έχει δύο ίσους βραχίονες και λειτουργεί σε υπομόχλιο όπως κάνει ο μοχλός, αν και είναι ένας τροχός με περιμετρικά άκρα σε έναν άξονα με σπείρωμα με σχοινί. Μια απλή τροχαλία που κρέμεται από την οροφή με ένα σχοινί τυλιγμένο γύρω από τον τροχό του, σας επιτρέπει να σηκώσετε ένα κουτί στο πάτωμα μέχρι ένα τραπέζι ή υψηλότερο χρησιμοποιώντας μόνο τη μισή δύναμη που θα χρειαζόταν για να το σηκώσετε με το δικό σας τα χέρια.

Απλές μηχανές όπως η τροχαλία σας δίνουν ένα μηχανικό πλεονέκτημα, που ουσιαστικά σας κάνει ισχυρότερους από ό, τι στην πραγματική ζωή. Οι φυσικοί ποσοτικοποιούν την εργασία που κάνει το σύστημα υπολογίζοντας το μηχανικό πλεονέκτημα στο Newtons, που πήρε το όνομά του από τον Sir Issac Newton, τον δημιουργό των νόμων της κίνησης. Χρειάζεται 1 newton για να μετακινήσετε 1 κιλό μάζας με ρυθμό 1 μέτρο ανά δευτερόλεπτο τετραγωνικά προς την κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης δύναμης. Για τον υπολογισμό του μηχανικού πλεονεκτήματος μιας τροχαλίας, διαιρέστε τη δύναμη εξόδου, το βάρος του φορτίου με τη δύναμη εισόδου, τη δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση του φορτίου.

Ενώ χρησιμοποιείτε μόνο μία τροχαλία απαιτείται να χρησιμοποιείτε μόνο τη μισή δύναμη που θα χρειαζόταν για να ανυψώσετε ένα φορτίο με το χέρι, ένα σταθερό τροχαλία που συνδυάζεται σε ένα σύστημα με μια κινητή τροχαλία, ουσιαστικά διπλασιάζει τη δύναμη που ασκείται για την ανύψωση ή την κίνηση αντικείμενο. Για παράδειγμα, εάν έχετε ένα αντικείμενο που ζυγίζει 100 N, το μόνο που χρειάζεται για την ανύψωση του αντικειμένου σε αυτό το σύστημα τροχαλίας είναι 50 νέοι τόνοι δύναμης. Το MA αυτού του τύπου συστήματος ισούται με δύο.

Ενώ μια απλή τροχαλία σάς επιτρέπει να μετακινήσετε ένα φορτίο με τη μισή απαιτούμενη δύναμη, ένα σύστημα τροχαλιών αυξάνει το μηχανικό πλεονέκτημα από τον αριθμό των τροχαλιών και τα μήκη του σχοινιού που υποστηρίζουν το φορτώνω. Ο αριθμός των κλώνων σχοινιών που υποστηρίζουν το φορτίο σε ένα σύστημα πολλαπλών τροχαλιών αντιστοιχεί βασικά στο μηχανικό πλεονέκτημα του συστήματος. Για παράδειγμα, εάν έχετε δύο σταθερές και δύο κινητές τροχαλίες, τέσσερα μήκη του σχοινιού υποστηρίζουν το φορτίο με μηχανικό πλεονέκτημα τεσσάρων. Ένα φορτίο 100 N θα απαιτούσε 25 newtons δύναμης για να το ανυψώσει.