도르래는 연료 나 전기를 사용하지 않으며 자체적으로 작동하지 않지만 여전히 기계입니다. Merriam-Webster 사전에서 단어를 정의하는 방식의 기계가 아니라 엔지니어가 단어를 정의하는 방식의 기계입니다. "간단한 기계는 우리가 적용하는 힘을 증가 시키거나 증가시키는 데 사용할 수있는 장치입니다. — 종종 우리가 힘을 가하는 거리를 희생 해서요. "
각 기계에는 기계적 이점이 있습니다.
단순 기계 목록에는 망치, 드라이버 및 손잡이와 같이 사람들이 매일 사용하는 항목이 포함됩니다. 이러한 모든 도구는 6 가지 고전적인 단순 기계 범주 중 하나에 속합니다. 카테고리는 다음과 같습니다.
- 윤축
- 고패
- 지렛대
- 경사면
- 나사
- 쐐기
일부 과학자들은 나사와 쐐기를 특별한 유형의 경사면으로 간주하여 목록을 4 개 항목으로 줄입니다. 풀리를 바퀴와 축의 특별한 경우로 간주하고 목록을 세 가지 항목으로 줄일 수도 있습니다. 그러나 목록에있는 항목이 아무리 많아도 도르래는 기계의 자격이 있습니다.
기계에 적용하는 힘에 대한 기계의 출력 힘의 비율을 기계의 기계적 장점 (엄마). 기계가 기계가 되려면 출력 힘이 입력 힘보다 커야합니다. 즉, 기계 이점이 항상 1보다 커야합니다. 기계적 이점이 클수록 기계를 작동시키기 위해 기계에 입력해야하는 힘이 줄어 듭니다.
풀리 시스템의 기계적 이점
풀리없이 특정 높이까지 하중을 들어 올리는 데 필요한 힘을 계산하여 풀리 시스템의 기계적 이점을 계산할 수 있습니다 (출력 힘, F영형) 풀리로 수행하는 데 필요한 힘 (입력 힘 F나는). 기계적 이점은 입력 힘에 대한 출력 힘의 비율입니다. MA = F영형/여나는. 출력 힘에 비해 입력 힘이 작을수록 기계적 이점이 커집니다.
단순한 풀리 시스템의 경우 기계적 이점을 계산하는 것은 엄청나게 쉽습니다. 짐을 지탱하는 로프의 수만 세면됩니다.
기계적 이점을 알고 나면 알려진 무게를 들어 올리는 데 필요한 힘을 계산할 수 있습니다. 힘과 무게는 같은 의미이므로 기계적 이점을 계산하여 풀리 부하 감소를 파악할 수 있습니다.
기계적 이점을 얻으려면 더 많은 로프를 당겨야합니다.
"잠깐만 요."라고 말합니다. "기계적 이점이 로프 수와 같다는 것을 어떻게 알 수 있습니까?" 이 질문에 답하려면 작업 9시에서 5 시까 지의 직업에서하는 일이 아닙니다.
물리학 자들에 관한 한, 당신은 거리 (d)에 힘 (F)을 적용하여 일 (W)을합니다. 힘에 거리를 곱하여 작업을 계산합니다.
W = F • d.
일은 에너지와 관련이 있으며 자연의 가장 기본적인 법칙 중 하나는 에너지가 항상 보존된다는 것이므로 일을 보존해야합니다. 도르래 시스템에 가해지는 힘이 하중을 들어 올리는 데 필요한 힘보다 작 으면 수행하는 작업량을 하중 들어 올리는 데 필요한 작업량과 동일하게 만들기 위해 무언가를 변경해야합니다.
변화하는 양은 거리입니다. 도르래 시스템을 사용할 때 하중을 들어 올리는 데 더 적은 힘을 가하지 만 하중을 특정 높이로 올리려면 더 많은 로프를 당겨야합니다. 이중 풀리 시스템을 사용하는 경우 로프를 두 배로 당겨야합니다. 트리플 풀리 시스템에서는 3 배 더 많이 당겨야합니다. 실제로 모든 풀리 시스템의 경우 하중을 지탱하는 로프의 수를 세어 당겨야하는 추가 로프의 양을 계산할 수 있습니다.
무게, 힘 및 풀리 부하 감소
무게와 힘은 다른 양이 아닙니다. 물체의 무게는 중력에 의해 가해지는 힘에 지나지 않으므로 물체를들 때 중력과 동일한 힘을 가해 야합니다. 단일 도르래 시스템이있는 경우 도르래를 사용하면 로프를 위로 당기는 대신 아래로 당길 수 있습니다. 이는 확실히 더 쉽지만 힘내라 여전히 짐의 무게 당신은 들어 올리고 있습니다.
첫 번째 도르래 아래에 도르래를 추가하고 두 도르래 주위에 로프를 감고 두 번째 도르래의 하중을 걸면 이제 두 개의 로프가 하중을지지합니다. 따라서이 새롭고 개선 된 풀리 시스템의 기계적 이점은 2입니다. 즉, 하중 무게의 절반에 해당하는 힘 그것을 들어 올리십시오. 첫 번째 도르래에서 세 번째 도르래를 매달고 로프를 고리로 감아 세 개의 로프가 적재물을 매달고 적재물을 들어 올리기 위해 가해 야하는 힘은 무게의 1/3에 불과합니다.
일반적으로 풀리 하중 감소는 하중을 지탱하는 로프 수의 역수라고 말할 수 있지만 실제 풀리 시스템에는 4 개 이상의 로프가 있습니다. 결과적으로, 실현할 수있는 최대 풀리 하중 감소는 하중 무게의 1/4입니다. 실제로 풀리의 마찰을 고려해야하므로 실제 부하 감소는 이보다 약간 적습니다.
풀리 무게 계산기의 예
혼자서 200 파운드의 사람을 들어 올릴 수 있다고 가정 해보자.하지만 이것이 역도 능력의 한계입니다. 2,000 파운드의 자동차를 들어 올리는 도르래 시스템을 고안 할 수 있습니까? 아마 4 개 풀리 시스템으로도 무게를 1/4로 줄일 수 있기 때문이 아닐 것입니다. 이것은 여전히 500 파운드입니다.
한 쌍의 도르래 시스템을 장비하고 그 중 하나를 당길 수있는 당신만큼 강한 친구를 구할 수 있다고 가정합니다. 여전히 문제가있을 수 있지만 각 도르래가 무게의 절반 (1,000 파운드)을 들어 올리고 그 무게의 1/4이 250 파운드이기 때문에 할 수 있습니다. 그러나 세 번째 도르래와 세 번째 사람을 작업에 추가하면 각 사람이 자신의 능력 범위 내에있는 167 파운드의 힘만 가하면이 시스템이 쉽게 작동 할 수 있습니다.
도르래 무게 계산기는 한 사람이 다른 사람보다 먼저 당기면 차가 움직이지 않기 때문에 로프를 당길 때 어느 무게가 먼저 들릴지에 의존하지 않습니다. 세 사람 모두 동시에 당겨야 하중을 적절하게 분배하고 세 개의 도르래에 무게를 고르게 분산해야합니다. 세 사람이 동시에 작업 할 때 실제로 자동차를지지하는 12 개의 로프가 있습니다. 풀리 시스템 (12)의 기계적 이점은 차량을 들어 올리는 데 필요한 순 힘을 2,000 ÷ 12 =로 줄입니다. 167 파운드
