Zowel katrollen als hefbomen worden al eeuwenlang gebruikt om zware taken uit te voeren. Deze eenvoudige machines gebruiken de wetten van de fysica om gewicht efficiënt over een afstand te verplaatsen. Ze stellen een enkele persoon in staat om gewichten te verplaatsen die een mens niet zou kunnen tillen zonder tussenkomst van dergelijke gereedschappen.
Als u een touw over de bovenkant van een enkele katrol voert en er een gewicht mee optilt, trekt u aan het touw over dezelfde afstand als het gewicht wordt opgetild, en tilt u effectief hetzelfde gewicht op. Als u het touw echter aan de onderkant van het frame van de katrol bevestigt, voert u het door een andere katrol en weer omhoog door de eerst trek je dan aan het touw tweemaal de afstand die het gewicht heeft opgetild, maar til je slechts de helft van het gewicht op. Het praktische resultaat hiervan is dat je bijvoorbeeld een gewicht van 100 pond 10 voet kunt optillen door aan een touw van 20 voet te trekken met wat aanvoelt als een gewicht van 50 pond eraan. Dit principe kan oneindig worden uitgebreid door meer katrollen toe te voegen.
De verhouding tussen gewicht en afstand kan ook worden aangepast door katrollen met verschillende diameters te gebruiken. Dit is in wezen hetzelfde principe als de bekende bediening van fietsversnellingen. Wanneer je een tandwiel met een grote diameter dat met een ketting is bevestigd aan een tandwiel met een kleine diameter draait, zal het kleinere tandwiel sneller draaien. Door katrollen van verschillende diameters aan elkaar te bevestigen met touwen of kettingen, kunt u veel verleng uw hefkracht door simpelweg aan het touw of de ketting te trekken over een langere afstand dan het gewicht is opgeheven.
Een hefboom werkt volgens hetzelfde principe als een katrol, maar op een heel andere fysieke manier. Als je een plank van 10 voet neemt en deze op een steunpunt in het midden laat rusten, kun je een gewicht aan het ene uiteinde plaatsen en het optillen door op het andere uiteinde te drukken. De afstand die u aan het ene uiteinde laat zakken, is identiek aan de afstand die het andere uiteinde opheft en vereist dezelfde hoeveelheid gewicht. Als u echter het steunpunt vanuit het midden van het bord - de hendel - verplaatst, krijgt u een mechanisch voordeel. Als het steunpunt één voet van het ene uiteinde en negen voet van het andere uiteinde is, kunt u een zeer zwaar gewicht optillen door simpelweg het lange uiteinde negen keer verder te laten zakken dan het kortere uiteinde stijgt.
Katrollen en hendels en de fysica die eraan ten grondslag ligt, vormen de basis voor veel moderne machines. Alles, van waterwielen tot verbrandingsmotoren, maakt gebruik van het principe om gewicht om te zetten in afstand.