Câtă greutate scoate o scripete?

O scripete nu folosește combustibil sau electricitate și nu funcționează singură, dar este totuși o mașină. Nu o mașină în modul în care cuvântul este definit de dicționarul Merriam-Webster, ci o mașină în modul în care inginerii definesc cuvântul: „Mașinile simple sunt dispozitive care pot fi utilizate pentru a înmulți sau a mări o forță pe care o aplicăm — deseori în detrimentul unei distanțe prin care aplicăm forța. "

Lista mașinilor simple include articole pe care oamenii le folosesc în fiecare zi, cum ar fi ciocane, șurubelnițe și clanțe pentru ușă. Toate aceste instrumente se încadrează în una dintre cele șase categorii clasice de mașini simple. Categoriile sunt:

• Roata si ax
• Scripete
• Pârghie
• Plan înclinat
• Şurub
• Pană

Unii oameni de știință consideră șurubul și pene ca tipuri speciale de planuri înclinate, ceea ce reduce lista la patru intrări. Puteți considera chiar scripetele ca pe un caz special al unei roți și osii și puteți reduce lista la trei articole. Indiferent de câte articole sunt pe listă, totuși, o scripete se califică ca mașină.

Raportul dintre forța de ieșire a unei mașini și forța pe care o aplicați este cunoscută sub numele de mașină avantaj mecanic (MA). Pentru ca o mașină să fie o mașină, forța de ieșire trebuie să fie mai mare decât forța de intrare, ceea ce înseamnă că avantajul mecanic trebuie să fie întotdeauna mai mare de 1. Cu cât este mai mare avantajul mecanic, cu atât mai puțină forță trebuie să introduceți în mașină pentru ao face să funcționeze.

Puteți calcula avantajul mecanic al unui sistem de scripete calculând forța necesară pentru a ridica o sarcină la o anumită înălțime fără scripete (forța de ieșire, F_O) și apoi calculând forța necesară pentru a o face cu scripete (forța de intrare F_Eu). Avantajul mecanic este raportul dintre forța de ieșire și forța de intrare: MA = F_O/ F_Eu. Cu cât forța de intrare este mai mică în raport cu forța de ieșire, cu atât este mai mare avantajul mecanic.

Pentru un sistem simplu de scripete, calculul avantajului său mecanic este ridicol de ușor. Pur și simplu numărați numărul de frânghii care susțin sarcina.

Odată ce cunoașteți avantajul mecanic, puteți calcula forța necesară pentru a ridica o greutate cunoscută. Forța și greutatea înseamnă același lucru, astfel încât, calculând avantajul mecanic, veți putea afla reducerea sarcinii scripetelor.

„Așteaptă”, spui tu. "De unde știi că avantajul mecanic este egal cu numărul de frânghii?" Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să știți ce muncă este, și nu genul de muncă pe care o faceți la locul de muncă de la 9 la 5.

În ceea ce privește fizicienii, lucrați (W) aplicând o forță (F) pe o distanță (d). Calculați munca înmulțind forța cu distanța:

W = F • d.

Munca este legată de energie și, din moment ce una dintre cele mai fundamentale legi ale naturii este că energia este întotdeauna conservată, munca trebuie conservată. Dacă forța aplicată unui sistem de scripete este mai mică decât forța necesară pentru a ridica sarcina, ceva trebuie să se schimbe pentru a face cantitatea de muncă pe care o faceți să fie egală cu cantitatea de muncă necesară pentru a ridica sarcina.

Cantitatea care se schimbă este distanța. Aplicați mai puțină forță pentru a ridica o sarcină atunci când utilizați un sistem de scripete, dar trebuie să trageți mai multă frânghie pentru a ridica sarcina la o anumită înălțime. Dacă aveți un sistem dublu de scripete, trebuie să trageți de două ori mai mult frânghie; într-un sistem triplu de scripete, trebuie să trageți de trei ori mai mult și așa mai departe. De fapt, pentru orice sistem de scripete, puteți calcula cantitatea de frânghie suplimentară pe care trebuie să o trageți numărând numărul de frânghii care susțin sarcina.

Greutatea și forța nu sunt cantități diferite. Greutatea unui obiect nu este altceva decât forța exercitată asupra lui de gravitație, așa că atunci când ridici un obiect, trebuie să exerciți o forță egală cu forța gravitațională. Dacă aveți un singur sistem de scripete, scripetele vă permit să trageți în jos de frânghie în loc de sus, ceea ce este cu siguranță mai ușor, dar forțează-te să exerciți este încă egal cu greutatea sarcinii te ridici.

Dacă adăugați o scripete sub prima, buclați coarda în jurul ambelor scripete și suspendați o sarcină de la a doua scripete, sarcina este acum susținută de două corzi. Avantajul mecanic al acestui nou sistem de scripete îmbunătățit este, prin urmare, 2, ceea ce înseamnă că trebuie doar să exercitați o forță egală cu jumătate din greutatea sarcinii să-l ridice. Suspendați o a treia scripete din prima, buclați cablul prin aceasta, astfel încât trei corzi suspendă sarcina, iar forța pe care trebuie să o exercitați pentru a ridica sarcina este doar o treime din greutatea sa.

Ați putea spune, în general, că reducerea sarcinii scripetelor este reciprocă a numărului de cabluri care susțin sarcina, dar puține sisteme practice de scripete au mai mult de patru cabluri. În consecință, reducerea maximă a sarcinii pe scripete pe care o puteți realiza este de un sfert din greutatea sarcinii. În realitate, reducerea reală a sarcinii este puțin mai mică decât aceasta, deoarece trebuie să țineți cont de fricțiunea scripetelor.

Să presupunem că poți ridica singur o persoană de 200 de kilograme, dar aceasta este limita abilităților tale de haltere. Ai putea concepe un sistem de scripete pentru a ridica un automobil de 2.000 de lire sterline? Probabil nu pentru că chiar și un sistem cu patru scripete ar reduce greutatea cu doar un sfert și asta înseamnă încă 500 de lire sterline.

Să presupunem că ai putea instala o pereche de sisteme de scripete și să-ți faci un prieten, care este la fel de puternic ca tine, să tragă unul dintre ele. Ați avea încă probleme, dar s-ar putea să o faceți, deoarece fiecare scripete ar ridica jumătate din greutate sau 1.000 de lire sterline, iar un sfert din această greutate este de 250 de lire sterline. Dacă ați adăuga un al treilea scripete și o a treia persoană la slujbă, totuși, fiecare persoană ar trebui să exercite doar 167 de kilograme de forță, ceea ce este bine în capacitatea lor, astfel încât acest sistem ar funcționa cu ușurință.

Un calculator pentru greutatea scripetelor nu depinde de greutatea care se va ridica mai întâi pe măsură ce frânghia este trasă, deoarece dacă o persoană trage înainte ca celelalte două, mașina nu se va mișca. Toate cele trei persoane trebuie să tragă simultan pentru a împărți corect sarcina și a răspândi greutatea uniform între cele trei scripeți. Când cele trei persoane lucrează simultan, există, de fapt, 12 frânghii care susțin mașina, ceea ce face ca avantaj mecanic al sistemului de scripete 12 și reduce forța netă necesară pentru ridicarea vehiculului la 2.000 ÷ 12 = 167 de lire sterline.