Skriemulys nenaudoja kuro ar elektros, ir jis neveikia pats, bet vis tiek tai mašina. Ne mašina taip, kaip žodį apibrėžia „Merriam-Webster“ žodynas, bet mašina, kaip inžinieriai apibrėžia žodį: „Paprastos mašinos yra įtaisai, kuriais galima padauginti ar padidinti mūsų taikomą jėgą — dažnai atstumo, per kurį taikome jėgą, sąskaita “.
Kiekviena mašina turi mechaninį pranašumą
Paprastų mašinų sąraše yra daiktai, kuriuos žmonės naudoja kasdien, pavyzdžiui, plaktukai, atsuktuvai ir durų rankenos. Visi šie padargai priskiriami vienai iš šešių klasikinių paprastų mašinų kategorijų. Kategorijos yra:
- Ratų ir ašies
- Skriemulys
- Svirtis
- Pasvirusi plokštuma
- Varžtas
- Pleištas
Kai kurie mokslininkai varžtą ir pleištą laiko specialiais pasvirusių lėktuvų tipais, todėl sąrašas sumažinamas iki keturių įrašų. Jūs netgi galite laikyti skriemulį kaip ypatingą rato ir ašies atvejį ir sumažinti sąrašą iki trijų punktų. Nepaisant to, kiek elementų yra sąraše, skriemulys laikomas mašina.
Mašinos išėjimo jėgos ir jėga, kurią jūs jai pritaikote, santykis yra žinomas kaip mašinos
Mechaninis skriemulių sistemos pranašumas
Skriemulių sistemos mechaninį pranašumą galite apskaičiuoti apskaičiuodami jėgą, reikalingą pakelti krovinį iki tam tikro aukščio be skriemulio (išėjimo jėga, FO) ir paskaičiuojant jėgą, reikalingą tam atlikti su skriemuliu (įėjimo jėga FAš). Mechaninis pranašumas yra išėjimo jėgos ir įvesties jėgos santykis: MA = FO/ FAš. Kuo mažesnė įėjimo jėga, palyginti su išėjimo jėga, tuo didesnis mechaninis pranašumas.
Paprastai skriemulių sistemai juokingai lengva apskaičiuoti jos mechaninį pranašumą. Paprasčiausiai suskaičiuosite apkrovą palaikančių lynų skaičių.
Žinodami mechaninį pranašumą, galite apskaičiuoti jėgą, reikalingą žinomam svoriui pakelti. Jėga ir svoris reiškia tą patį, taigi, apskaičiavę mechaninį pranašumą, galėsite išsiaiškinti skriemulio apkrovos sumažėjimą.
Norėdami gauti mechaninį pranašumą, turite tempti daugiau virvės
„Palauk“, - sakote jūs. - Iš kur žinoti, kad mechaninis pranašumas yra lygus virvių skaičiui? Norėdami atsakyti į šį klausimą, turite žinoti ką darbas yra, o ne toks darbas, kurį atliekate savo 9–5 darbe.
Kalbant apie fizikus, jūs dirbate (W), taikydami jėgą (F) per atstumą (d). Darbą apskaičiuojate jėgą padauginę iš atstumo:
W = F • d.
Darbas yra susijęs su energija, ir kadangi vienas iš pagrindinių gamtos dėsnių yra tas, kad energija visada tausojama, darbas turi būti išsaugotas. Jei skriemulių sistemai taikoma jėga yra mažesnė už jėgą, reikalingą kroviniui pakelti, kažkas turi pasikeisti, kad jūsų atliktas darbas būtų lygus darbo, reikalingo kroviniui pakelti, kiekiui.
Keičiamas kiekis yra atstumas. Naudodami skriemulių sistemą, krūviui pakelti naudojate mažiau jėgų, tačiau turite pakelti daugiau virvės, kad pakeltumėte krovinį į tam tikrą aukštį. Jei turite dvigubo skriemulio sistemą, turite tempti dvigubai daugiau virvės; trigubų skriemulių sistemoje turite traukti trigubai daugiau ir t. Tiesą sakant, bet kuriai skriemulių sistemai galite apskaičiuoti papildomo lyno kiekį, kurį turite ištraukti, suskaičiavę apkrovą palaikančių lynų skaičių.
Svorio, jėgos ir skriemulio apkrovos mažinimas
Svoris ir jėga nėra skirtingi dydžiai. Objekto svoris yra ne kas kita, kaip jėga, veikiama gravitacijos, todėl pakeldami daiktą turite atlikti jėgą, lygią gravitacijos jėgai. Jei turite vieną skriemulio sistemą, skriemulys leidžia jums nusitempti virvę, o ne į viršų, o tai tikrai lengviau, tačiau priversti jus daryti vis dar yra lygus krovinio svoris keliate.
Jei pridedate skriemulį žemiau pirmojo, apvyniokite virvę aplink abu skriemulius ir sustabdykite apkrovą nuo antrojo skriemulio, apkrovą dabar palaiko dvi virvės. Todėl šios naujos, patobulintos skriemulių sistemos mechaninis pranašumas yra 2, o tai reiškia, kad jūs turite tik stengtis jėga, lygi pusei krovinio svorio jį pakelti. Nuo pirmojo pakabinkite trečią skriemulį, perriškite virvę taip, kad trys virvės sustabdytų krovinį, o jėga, kurią turite padaryti, kad pakeltumėte krovinį, yra tik trečdalis jos svorio.
Galima sakyti, apskritai, skriemulio apkrovos sumažinimas yra abipusis apkrovą palaikančių lynų skaičius, tačiau nedaugelyje praktiškų skriemulių sistemų yra daugiau nei keturi lynai. Taigi maksimalus skriemulio apkrovos sumažinimas, kurį galite suprasti, yra ketvirtadalis apkrovos svorio. Iš tikrųjų faktinis apkrovos sumažinimas yra šiek tiek mažesnis, nes turite atsižvelgti į skriemulių trintį.
Skriemulio svorio skaičiuoklės pavyzdys
Tarkime, kad 200 svarų sveriantį žmogų galite pakelti patys, tačiau tai yra jūsų sunkiosios atletikos galimybių riba. Ar galėtumėte sugalvoti skriemulių sistemą, kad pakeltumėte 2000 svarų automobilį? Tikriausiai ne todėl, kad net keturių skriemulių sistema svorį sumažintų tik ketvirtadaliu, ir tai vis tiek yra 500 svarų.
Tarkime, kad galėtumėte surinkti porą skriemulių sistemų ir priversti draugą, kuris yra toks pat stiprus kaip jūs, ištraukti vieną iš jų. Jūs vis tiek turėtumėte problemų, bet galbūt galėsite tai padaryti, nes kiekvienas skriemulys pakeltų pusę svorio arba 1 000 svarų, o ketvirtadalis šio svorio yra 250 svarų. Tačiau jei prie darbo pridėtumėte trečią skriemulį ir trečią asmenį, kiekvienam žmogui tektų panaudoti tik 167 svarus jėgos, o tai yra pakankamai galimybių, todėl ši sistema veiktų lengvai.
Skriemulio svorio skaičiuoklė nepriklauso nuo to, kuris svoris pirmiausia kils tempiant virvę, nes jei vienas žmogus traukia anksčiau nei kiti du, automobilis nejudės. Visi trys žmonės turi traukti vienu metu, kad tinkamai paskirstytų krovinį ir tolygiai paskirstytų svorį tarp trijų skriemulių. Kai trys žmonės dirba vienu metu, iš tikrųjų yra 12 virvių, palaikančių automobilį, o tai daro mechaninis skriemulių sistemos 12 pranašumas ir sumažina naudingąją jėgą, reikalingą transporto priemonei pakelti, iki 2 000 ÷ 12 = 167 svarai.