כמה משקל מוריד גלגלת?

גלגלת אינה משתמשת בדלק או בחשמל, והיא אינה פועלת בכוחות עצמה, אך היא עדיין מכונה. לא מכונה באופן שהמילה מוגדרת על ידי מילון Merriam-Webster, אלא מכונה באופן שבו מהנדסים מגדירים את המילה: "מכונות פשוטות הן מכשירים שניתן להשתמש בהם כדי להכפיל או להגביר כוח שאנחנו מפעילים — לרוב על חשבון מרחק שדרכו אנו מפעילים את הכוח. "

רשימת המכונות הפשוטות כוללות פריטים שאנשים משתמשים בהם מדי יום, כמו פטישים, מברגים וכפתורי דלתות. כל המכשירים הללו מתחלקים לאחת משש הקטגוריות הקלאסיות של מכונות פשוטות. הקטגוריות הן:

• גלגל וציר
• גַלגֶלֶת
• מָנוֹף
• מישור משופע
• לִדפּוֹק
• טריז

יש מדענים שמתייחסים לבורג ולטריז לסוגים מיוחדים של מישורים נוטים, מה שמקטין את הרשימה לארבעה ערכים. אתה יכול אפילו לראות את הגלגלת כמקרה מיוחד של גלגל וסרן ולהפחית את הרשימה לשלושה פריטים. לא משנה כמה פריטים נמצאים ברשימה, גלגלת כשירה מכונה.

היחס בין כוח הפלט של המכונה לכוח שאתה מפעיל עליה ידוע בשם המכונה יתרון מכני (אִמָא). כדי שמכונה תהיה מכונה, כוח הפלט חייב להיות גדול מכוח הקלט, כלומר היתרון המכני חייב להיות תמיד גדול מ -1. ככל שהיתרון המכני גדול יותר, יש לך פחות כוח להזין את המכונה כדי לגרום לה לעבוד.

ניתן לחשב את היתרון המכני של מערכת גלגלת על ידי חישוב הכוח הנדרש להעלאת עומס לגובה מסוים ללא גלגלת (כוח המוצא, F_אוואז לחשב את הכוח הנדרש לעשות זאת עם הגלגלת (כוח הקלט F_אני). היתרון המכני הוא היחס בין כוח המוצא לכוח הקלט: MA = F_או/ F_אני. ככל שכוח הקלט קטן יותר ביחס לכוח המוצא, כך היתרון המכני גדול יותר.

עבור מערכת גלגלות פשוטה, חישוב היתרון המכני שלה קל עד כדי גיחוך. אתה פשוט סופר את מספר החבלים התומכים בעומס.

לאחר שתדע את היתרון המכני, תוכל לחשב את הכוח הדרוש להעלאת משקל ידוע. הכוח והמשקל פירושם אותו דבר, ולכן על ידי חישוב היתרון המכני תוכלו להבין את הפחתת עומס הגלגלת.

"חכה," אתה אומר. "איך אתה יודע שהיתרון המכני שווה למספר החבלים?" כדי לענות על שאלה זו, עליך לדעת מה עֲבוֹדָה הוא, ולא סוג העבודה שאתה מבצע בעבודה שלך 9 עד 5.

מבחינת הפיזיקאים, אתה עושה עבודה (W) על ידי הפעלת כוח (F) על פני מרחק (d). אתה מחשב את העבודה על ידי הכפלת הכוח למרחק:

W = F • ד.

עבודה קשורה לאנרגיה, ומכיוון שאחד מחוקי הטבע הבסיסיים ביותר הוא שאנרגיה תמיד נשמרת, יש לשמור על העבודה. אם הכוח המופעל על מערכת גלגלת פחות מהכוח הדרוש להעלאת העומס, משהו חייב להשתנות בכדי שכמות העבודה שתבצע תהיה שווה לכמות העבודה הדרושה להרמת העומס.

הכמות שמשתנה היא מרחק. אתה מפעיל פחות כוח להרמת מטען בעת ​​שימוש במערכת גלגלת, אך עליך למשוך יותר חבל כדי להעלות את העומס לגובה מסוים. אם יש לך מערכת גלגלת כפולה, אתה צריך למשוך חבל כפול; במערכת גלגלת משולשת, אתה צריך למשוך פי שלושה וכן הלאה. למעשה, עבור כל מערכת גלגלות, אתה יכול לחשב את כמות החבל הנוספת שאתה צריך למשוך על ידי ספירת מספר החבלים התומכים בעומס.

משקל וכוח אינם כמויות שונות. משקלו של עצם אינו אלא הכוח המופעל עליו על ידי כוח הכבידה, לכן כאשר אתה מרים אובייקט, עליך להפעיל כוח השווה לכוח הכבידה. אם יש לך מערכת גלגלת אחת, הגלגלת מאפשרת לך למשוך את החבל במקום למעלה, וזה בהחלט קל יותר, אבל מכריח אותך להפעיל עדיין שווה ל- משקל העומס אתה מרים.

אם אתה מוסיף גלגלת מתחת לראשונה, מסובב את החבל סביב שתי הגלגלות ומתלה עומס מהגלגלת השנייה, העומס נתמך כעת על ידי שני חבלים. היתרון המכני של מערכת הגלגלים החדשה והמשופרת הזו הוא אפוא 2, וזה אומר שעליך רק להפעיל כוח השווה למחצית ממשקל העומס להרים אותו. תלו גלגלת שלישית מהראשונה, גלגלו את החבל כך ששלושה חבלים תלויים את העומס, והכוח שעליך להפעיל כדי להרים את העומס הוא רק שליש ממשקלו.

ניתן לומר, באופן כללי, כי הפחתת עומס הגלגלת היא הדדיות של מספר החבלים התומכים בעומס, אך מעטות מערכות הגלגלים המעשיות מכילות יותר מארבע חבלים. כתוצאה מכך, הפחתת עומס הגלגלים המרבית שתוכלו לממש היא רבע ממשקל העומס. במציאות, הפחתת העומס בפועל מעט פחות מכך מכיוון שעליך לקחת בחשבון חיכוך בגלגלות.

נניח שאתה יכול להרים אדם של 200 קילו לבד, אבל זה הגבול של יכולות הרמת המשקל שלך. האם אתה יכול להמציא מערכת גלגלות להרמת רכב באורך של 2000 קילו? כנראה שלא בגלל שאפילו מערכת עם ארבע גלגלות תפחית את המשקל ברבע בלבד, וזה עדיין 500 קילו.

נניח שאתה יכול לחבוש זוג מערכות גלגלות ולגרום לחבר, חזק כמוך, למשוך אחת מהן. עדיין תהיה לך בעיה, אך אולי תוכל לעשות זאת מכיוון שכל גלגלת תרים חצי מהמשקל, או 1,000 קילו, ורבע ממשקל זה הוא 250 קילו. אם אתה מוסיף גלגלת שלישית ואדם שלישי לתפקיד, עם זאת, כל אדם יצטרך להפעיל רק 167 קילו כוח, וזה טוב מאוד ביכולתו, כך שמערכת זו תפעל בקלות.

מחשבון משקל גלגלת אינו תלוי איזה משקל ירים תחילה עם משיכת החבל מכיוון שאם אדם אחד מושך לפני ששני האחרים, המכונית לא תנוע. כל שלושת האנשים צריכים למשוך בו זמנית כדי לחלוק כראוי את העומס ולפזר את המשקל באופן שווה בין שלוש הגלגלות. כאשר שלושת האנשים עובדים במקביל, ישנם למעשה 12 חבלים התומכים ברכב, מה שהופך את היתרון המכני של מערכת הגלגלת 12 ומפחית את הכוח הנקי הנדרש להעלאת הרכב ל -2,000 ÷ 12 = 167 פאונד.