Kladka nepoužíva palivo ani elektrinu a nefunguje sama, ale stále je to stroj. Nie stroj tak, ako je slovo definované v slovníku Merriam-Webster, ale ako stroj definuje slovo: „Jednoduché stroje sú zariadenia, pomocou ktorých je možné znásobiť alebo zväčšiť silu, ktorú aplikujeme — často na úkor vzdialenosti, cez ktorú pôsobíme silou. ““
Každý stroj má mechanickú výhodu
Zoznam jednoduchých strojov obsahuje položky, ktoré ľudia používajú každý deň, napríklad kladivá, skrutkovače a kľučky dverí. Všetky tieto náradia patria do jednej zo šiestich klasických kategórií jednoduchých strojov. Kategórie sú:
- Koleso a náprava
- Kladka
- Páka
- Naklonená rovina
- Skrutka
- Klin
Niektorí vedci považujú skrutku a klin za špeciálne typy naklonených rovín, čo zoznam redukuje na štyri položky. Kladku môžete dokonca považovať za špeciálny prípad kolesa a nápravy a zoznam môžete zredukovať na tri položky. Bez ohľadu na to, koľko položiek je na zozname, kladka sa kvalifikuje ako stroj.
Pomer výstupnej sily stroja k sile, ktorú na neho pôsobíte, sa nazýva stroj
Mechanická výhoda kladkového systému
Mechanickú výhodu kladkového systému môžete vypočítať výpočtom sily potrebnej na zdvihnutie bremena do určitej výšky bez kladky (výstupná sila, FO) a potom vypočítajte silu potrebnú na to s kladkou (vstupná sila FJa). Mechanickou výhodou je pomer výstupnej sily k vstupnej sile: MA = FO/ F.Ja. Čím menšia je vstupná sila vo vzťahu k výstupnej sile, tým väčšia je mechanická výhoda.
Pre jednoduchý kladkový systém je výpočet jeho mechanickej výhody až smiešne ľahký. Jednoducho spočítate počet lán, ktoré unesú záťaž.
Keď poznáte mechanickú výhodu, môžete vypočítať silu potrebnú na zdvihnutie známej hmotnosti. Sila a hmotnosť znamenajú to isté, takže výpočtom mechanickej výhody budete môcť zistiť zníženie zaťaženia remenice.
Ak chcete získať mechanickú výhodu, musíte ťahať viac povrazov
„Počkaj,“ povieš. „Ako vieš, že mechanická výhoda sa rovná počtu lán?“ Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíte vedieť čo práca nie je druh práce, ktorú robíte pri práci 9: 5.
Pokiaľ ide o fyzikov, pracujete (W) pôsobením sily (F) na vzdialenosť (d). Prácu vypočítate vynásobením sily vzdialenosťou:
W = F • d.
Práca súvisí s energiou a keďže jedným z najzákladnejších prírodných zákonov je, že energia sa vždy zachováva, musí sa tak aj zachovávať. Ak je sila použitá na kladkový systém menšia ako sila potrebná na zdvihnutie bremena, musí sa niečo zmeniť, aby sa vykonaná práca rovnala množstvu práce potrebnej na zdvihnutie bremena.
Množstvo, ktoré sa mení, je vzdialenosť. Pri použití kladkového systému vyvíjate menšiu silu na zdvihnutie bremena, ale musíte zdvihnúť viac lana, aby ste bremeno zdvihli do určitej výšky. Ak máte dvojitý kladkový systém, musíte vytiahnuť dvakrát toľko lana; v systéme trojitých kladiek musíte ťahať trikrát toľko atď. V skutočnosti pre akýkoľvek kladkový systém môžete vypočítať počet ďalších povrazov, ktoré musíte vytiahnuť, spočítaním počtu povrazov, ktoré unesú bremeno.
Zníženie hmotnosti, sily a zaťaženia kladky
Hmotnosť a sila nie sú rozdielne veličiny. Váha predmetu nie je nič iné ako sila, ktorá na neho pôsobí gravitáciou, takže pri zdvíhaní predmetu musíte vyvinúť silu, ktorá sa rovná gravitačnej sile. Ak máte jediný systém kladiek, kladka umožňuje namiesto lana sťahovať lano, čo je určite jednoduchšie, ale nútiť sa stále rovná hmotnosť nákladu dvíhaš.
Ak pridáte kladku pod prvú, previažte lano okolo oboch kladiek a zaveste bremeno z druhej kladky, bremeno je teraz podopreté dvoma lanami. Mechanická výhoda tohto nového, vylepšeného systému kladiek je teda 2, čo znamená, že musíte iba vyvinúť úsilie sila rovná polovici hmotnosti bremena zdvihnúť to. Zaveste tretiu kladku z prvej, prevlečte lano tak, aby tri laná pozastavili bremeno, a sila, ktorú musíte vyvinúť na zdvihnutie bremena, predstavuje iba jednu tretinu jeho hmotnosti.
Dalo by sa všeobecne povedať, že zníženie zaťaženia kladky je prevrátenou hodnotou počtu lán podporujúcich zaťaženie, ale len málo praktických kladkových systémov má viac ako štyri laná. Z toho vyplýva, že maximálne zníženie zaťaženia remenice, ktoré si môžete uvedomiť, je jedna štvrtina hmotnosti bremena. V skutočnosti je skutočné zníženie zaťaženia o niečo menšie, ako toto, pretože musíte brať do úvahy trenie v remeniciach.
Príklad kalkulačky hmotnosti kladky
Predpokladajme, že 200-kilovú osobu môžete zdvihnúť sami, ale to je limit vašich schopností vzpierať sa. Mohli by ste navrhnúť kladkový systém na zdvihnutie automobilu s hmotnosťou 2 000 libier? Asi nie preto, že by aj systém so štyrmi kladkami znížil váhu iba o štvrtinu, a to je stále 500 libier.
Predpokladajme, že by ste mohli zostaviť pár kladkových systémov a získať priateľa, ktorý je rovnako silný ako vy, aby vytiahol jeden z nich. Stále by ste mali problémy, ale možno by ste to dokázali, pretože každá kladka by zdvihla polovicu hmotnosti, teda 1 000 libier, a štvrtina tejto hmotnosti je 250 libier. Ak by ste k práci pridali tretiu kladku a tretiu osobu, musel by každý človek vyvinúť iba 167 libier sily, čo je v ich silách, takže tento systém bude fungovať ľahko.
Počítadlo hmotnosti kladky nezávisí od toho, ktorá hmotnosť sa pri ťahaní lana zdvihne ako prvá, pretože ak jedna osoba zatiahne skôr, ako ostatní dvaja, auto sa nepohne. Všetci traja ľudia musia ťahať súčasne, aby správne zdieľali náklad a rovnomerne rozložili váhu medzi tri kladky. Keď títo traja ľudia pracujú súčasne, v skutočnosti je 12 lán podporujúcich auto, ktoré z nich robí mechanická výhoda kladkového systému 12 a znižuje čistú silu potrebnú na zdvihnutie vozidla na 2 000 ÷ 12 = 167 libier.