Den mekaniske fordelen med Block & Tackle

En trinsehjul er en maskin som reduserer kraften som er nødvendig for å flytte eller løfte en gjenstand som en tung kasse. En standard remskive består av et enkelt hjul på en aksel med et tau som går over. På egenhånd kan en remskive bare endre retningen til en kraft som påføres et objekt. Et system av remskiver som arbeider sammen kan danne en blokk og takling, som multipliserer kraft i tillegg til å endre kraftens retning, noe som betyr at det kreves mindre kraft for å bevege et objekt. Graden av blokkering og takling multipliserer kraft er dens mekaniske fordel.

Block and tackles brukes ofte i områder der tunge maskiner ikke er tilgjengelige og menneskelig kraft må erstattes i stedet. I antikken ble blokk og takling brukt i byggeprosjekter for å flytte tunge belastninger. I moderne tid brukes de ofte på båter der det ville være upraktisk å ha en kran eller annet tungt løftemaskiner.

Hvis vi prøvde å løfte en 200 lb. kasse fra gulvet til takbjelker i en bygning, kunne vi gjøre det ved å bruke en enkel remskive. Vi satte en remskive i sperrene og førte et tau gjennom den, og festet den ene enden av tauet til kassen. Ved å trekke i den andre enden av tauet (haledelen), kunne vi løfte kassen inn i sperrene. I dette systemet trekker vi tauet en fot med 200 kg hver gang. av kraft, løfter vi kassen en fot. Løfter med noe under 200 kg. av kraft vil ikke flytte våre 200 lb. kasse.

Hvis vi i stedet for å feste tauet direkte til kassen, førte det gjennom en ny remskive festet til kassen og deretter festet enden av tauet til sperrene, ville vi ha en blokk og takling. Hver gang vi dro den frie enden av tauet, måtte tauet bevege seg mellom sperrene og kassen to ganger. Vi må trekke to meter på tauet for å løfte kassen en fot. Imidlertid trenger vi bare å trekke med 100 kg. av makt.

Denne forskjellen mellom mengden kraft som kreves for å flytte et objekt og vekten til objektet er den mekaniske fordelen med blokken og taklingen. Dette er det samme som forskjellen mellom hvor mye tau vi trekker i forhold til avstanden objektet beveger seg. For å beregne den mekaniske fordelen kan vi enten dele vekten av objektet som løftes av kraften som kreves for å løfte den, eller vi kan dele mengden tau vi må trekke med avstanden objektet beveger seg. For å finne den mekaniske fordelen med maskinen vår ved den første metoden, vil vi dele kassevekten, 200 lbs., Med den kraften som kreves for å løfte den, 100 lbs., Noe som gir oss en mekanisk fordel på to. Å dele hvor mye tau vi drar om gangen, 2 fot, etter avstanden kassen stiger, en fot, gir oss det samme svaret. Som en tommelfingerregel tilsvarer antall taulengder mellom de to trinsene i en blokk og takling maskinens mekaniske fordel. I maskinen vår går tauet fra den øverste trinsen til den nederste trinsen og tilbake opp til sperrene: to lengder tau gir oss vår mekaniske fordel med to.

Selv om en blokk og takling reduserer mengden kraft som er nødvendig for å flytte et objekt, endrer det ikke mengden arbeid. For eksempel vil en blokk og takling med en mekanisk fordel på fire tillate deg å løfte en £ 4. objekt med bare 1 lb. av makt. Imidlertid vil det også kreve at du trekker 4 meter tau for å løfte gjenstanden en fot.

Når et objekt beveger seg mot et annet objekt, går noe av det bevegelige objektets energi tapt for friksjon. I en blokk og takling vil noe friksjon i remskivene redusere maskinens mekaniske fordel. For å inkludere friksjon i en beregning av den mekaniske fordelen med en blokk og takling, divider vekten til gjenstanden som løftes med vekten som er nødvendig for å løfte den.