Koloturnik ne troši gorivo ili električnu energiju i ne radi sam, ali svejedno je stroj. Nije stroj na način na koji je riječ definirana rječnikom Merriam-Webster, već stroj na način na koji inženjeri definiraju riječ: "Jednostavni strojevi uređaji su koji se mogu koristiti za umnožavanje ili povećanje sile koju primjenjujemo — često nauštrb udaljenosti kroz koju primjenjujemo silu. "
Svaki stroj ima mehaničku prednost
Popis jednostavnih strojeva uključuje predmete koje ljudi svakodnevno koriste, poput čekića, odvijača i kvaka. Svi ovi uređaji spadaju u jednu od šest klasičnih kategorija jednostavnih strojeva. Kategorije su:
- Kotač i osovina
- Remenica
- Poluga
- Nagnuta ravnina
- Vijak
- Klin
Neki znanstvenici smatraju vijak i klin posebnim vrstama nagnutih ravnina, što smanjuje popis na četiri unosa. Kolotur možete čak smatrati posebnim slučajem kotača i osovine i popis smanjiti na tri stavke. Bez obzira na to koliko je predmeta na popisu, remenica se kvalificira kao stroj.
Odnos izlazne sile stroja i sile koju na njega primjenjujete poznat je kao stroj
mehanička prednost (MA). Da bi stroj mogao biti stroj, izlazna sila mora biti veća od ulazne sile, što znači da mehanička prednost uvijek mora biti veća od 1. Što je veća mehanička prednost, to ćete manje snage morati unijeti u stroj da bi on radio.Mehanička prednost sustava remenice
Možete izračunati mehaničku prednost sustava remenica izračunavanjem sile potrebne za podizanje tereta na određenu visinu bez remenice (izlazna sila, FO) i zatim izračunavanje sile potrebne za to s remenicom (ulazna sila FJa). Mehanička prednost je omjer izlazne sile i ulazne sile: MA = FO/ FJa. Što je manja ulazna sila u odnosu na izlaznu, to je veća mehanička prednost.
Za jednostavan sustav remenica proračun njegove mehaničke prednosti smiješno je jednostavan. Jednostavno izbrojite broj užadi koje podupiru teret.
Jednom kad spoznate mehaničku prednost, možete izračunati silu potrebnu za podizanje poznate težine. Sila i težina znače isto, pa ćete izračunavanjem mehaničke prednosti moći shvatiti smanjenje opterećenja remenice.
Da biste dobili mehaničku prednost, morate povući više užeta
"Čekaj", kažeš. "Kako znate da je mehanička prednost jednaka broju užeta?" Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate znati što raditi je, a ne vrsta posla koji radite na svom poslu od 9 do 5.
Što se fizičara tiče, radite (W) primjenjujući silu (F) na daljinu (d). Rad izračunajte množenjem sile s udaljenošću:
W = F • d.
Rad je povezan s energijom, a budući da je jedan od najtemeljnijih zakona prirode da se energija uvijek čuva, rad se mora sačuvati. Ako je sila primijenjena na sustav remenice manja od sile potrebne za podizanje tereta, nešto se mora promijeniti kako bi se količina posla koji radite izjednačila s količinom rada potrebnog za podizanje tereta.
Količina koja se mijenja je udaljenost. Primjenjujete manje sile za podizanje tereta kada koristite sustav remenica, ali morate povući više užeta da biste podigli teret na određenu visinu. Ako imate sustav dvostrukih remenica, morate povući dvostruko više užeta; u sustavu trostrukih remenica morate povući tri puta više itd. Zapravo, za bilo koji sustav remenica možete izračunati količinu dodatnog užeta koje morate povući brojenjem broja užeta koji podupiru teret.
Smanjenje težine, sile i remenice
Težina i sila nisu različite veličine. Težina predmeta nije ništa drugo do sila koja na njega djeluje gravitacijom, pa kad podignete objekt, morate primijeniti silu jednaku gravitacijskoj sili. Ako imate jedan sustav remenice, remenica vam omogućuje povlačenje užeta umjesto gore, što je definitivno lakše, ali sila koju naprežete je još uvijek jednak težina tereta dižete.
Ako dodate remenicu ispod prve, zavojite uže oko obje remenice i ovjesite teret s druge remenice, teret je sada poduprt s dva užeta. Mehanička prednost ovog novog, poboljšanog sustava remenica je dakle 2, a to znači da morate samo naprezati sila jednaka polovici težine tereta da ga podigne. Ovjesite treću remenicu s prve, provucite konop tako da tri konopa oslanjaju teret, a sila koju morate primijeniti za podizanje tereta iznosi samo jednu trećinu njegove težine.
Općenito biste mogli reći da je smanjenje opterećenja remenice uzajamno od broja užeta koji podupiru opterećenje, ali malo koji praktični sustav remenica ima više od četiri užeta. Slijedom toga, maksimalno smanjenje opterećenja remenice koje možete shvatiti je jedna četvrtina težine tereta. U stvarnosti je stvarno smanjenje opterećenja nešto manje od ovog jer morate uzeti u obzir trenje remenica.
Primjer kalkulatora težine remenice
Pretpostavimo da osobu od 200 kilograma možete podići sami, ali to je granica vaših sposobnosti za dizanje utega. Možete li osmisliti sustav remenica za podizanje automobila od 2.000 kilograma? Vjerojatno ne zato što bi čak i sustav s četiri remenice smanjio težinu za samo četvrtinu, a to je još uvijek 500 kilograma.
Pretpostavimo da biste mogli namjestiti par sustava remenica i pozvati prijatelja koji je jak poput vas da povuče jednog od njih. I dalje biste imali problema, ali možda biste to mogli učiniti jer bi svaka remenica podigla polovicu utega ili 1.000 kilograma, a četvrtina te težine iznosi 250 kilograma. Međutim, ako biste na posao dodali treću remenicu i treću osobu, svaka bi osoba trebala pritisnuti samo 167 kilograma sile, što je u granicama njezinih mogućnosti, pa bi ovaj sustav lako radio.
Kalkulator težine remenice ne ovisi o tome koja će se težina prvo podići dok se vuče uže, jer ako jedna osoba povuče prije nego što druge dvije naprave, automobil se neće pomaknuti. Sve tri osobe moraju istodobno povući kako bi pravilno podijelile teret i ravnomjerno rasporedile težinu između tri remenice. Kada troje ljudi radi istovremeno, u stvari postoji 12 užadi koja podupiru automobil, što čini mehanička prednost sustava remenica 12 i smanjuje neto silu potrebnu za podizanje vozila na 2000 ÷ 12 = 167 kilograma.