И шкивы, и рычаги веками использовались для выполнения тяжелых задач. Эти простые машины используют законы физики для эффективного перемещения веса на расстояние. Они позволяют одному человеку перемещать тяжести, которые человек не смог бы поднять без вмешательства таких инструментов.
Если вы протянете веревку через верх одного шкива и поднимете с ней груз, вы потянете веревку на то же расстояние, на которое поднимается вес, и эффективно поднимите тот же самый вес. Однако, если вы прикрепите веревку к нижней части рамы шкива, пропустите ее через другой шкив и вернитесь вверх через сначала вы будете тянуть веревку вдвое больше, чем поднимается вес, но поднимаете только половину веса. Практический результат этого состоит в том, что вы можете поднять, например, 100-фунтовый груз на 10 футов, потянув веревку на 20 футов с грузом в 50 фунтов. Этот принцип можно расширять до бесконечности, добавляя больше шкивов.
Отношение веса к расстоянию также можно изменить, используя шкивы разного диаметра. По сути, это тот же принцип, что и привычная работа велосипедных шестерен. Когда вы поворачиваете шестерню большого диаметра, которая прикреплена цепью к шестерне малого диаметра, меньшая шестерня будет вращаться быстрее. Соединяя шкивы разного диаметра друг с другом с помощью тросов или цепей, вы можете значительно Увеличьте подъемную силу, просто потянув за веревку или цепь на большее расстояние, чем вес поднял.
Рычаг работает по тому же принципу, что и шкив, но совершенно по-другому физически. Если вы возьмете 10-футовую доску и поставите ее на точку опоры в центре, вы можете поместить груз на один конец и поднять его, нажав на другой конец. Расстояние, на которое вы опускаете один конец, будет идентично расстоянию, которое поднимает другой конец, и потребует того же веса. Однако, если вы смещаете точку опоры относительно центра доски - рычага - вы получаете механическое преимущество. Если точка опоры находится на расстоянии одного фута от одного конца и девяти футов от другого, вы можете поднять очень тяжелый вес, просто опустив длинный конец в девять раз дальше, чем поднимается более короткий конец.
Шкивы, рычаги и лежащая в их основе физика являются основой многих современных машин. Во всем, от водяных колес до двигателей внутреннего сгорания, используется принцип преобразования веса в расстояние.