Škripec ne porablja goriva ali električne energije in ne deluje samostojno, je pa vseeno stroj. Ni stroj na način, kot besedo opredeljuje slovar Merriam-Webster, ampak stroj na način, kot besedo opredelijo inženirji: "Preprosti stroji so naprave, ki jih lahko uporabimo za množenje ali povečanje sile, ki jo uporabljamo — pogosto na račun razdalje, skozi katero uporabimo silo. "
Vsak stroj ima mehansko prednost
Na seznamu preprostih strojev so predmeti, ki jih ljudje uporabljajo vsak dan, na primer kladiva, izvijači in gumbi na vratih. Vse te naprave spadajo v eno od šestih klasičnih kategorij enostavnih strojev. Kategorije so:
- Kolo in os
- Jermenica
- Ročica
- Nagnjena ravnina
- Vijak
- Klin
Nekateri znanstveniki vidijo vijak in klin kot posebno vrsto nagnjenih ravnin, kar seznam zmanjša na štiri vnose. Jermenico lahko celo vidite kot poseben primer kolesa in osi in seznam zmanjšate na tri elemente. Ne glede na to, koliko elementov je na seznamu, je škripec kvalificiran kot stroj.
Razmerje med izhodno silo stroja in silo, ki jo nanj delate, je znano kot sila stroja
Mehanska prednost sistema jermenic
Mehansko prednost sistema jermenic lahko izračunate z izračunom sile, ki je potrebna za dvig tovora na določeno višino brez jermenice (izhodna sila, FO) in nato izračun sile, ki je potrebna za to s škripcem (vhodna sila Fjaz). Mehanska prednost je razmerje med izhodno silo in vhodno silo: MA = FO/ Fjaz. Manjša kot je vhodna sila glede na izhodno silo, večja je mehanska prednost.
Za preprost sistem jermenic je izračun njegove mehanske prednosti smešno enostaven. Preprosto preštejete število vrvi, ki podpirajo obremenitev.
Ko poznate mehansko prednost, lahko izračunate silo, potrebno za dviganje znane teže. Sila in teža pomenita isto, zato boste z izračunom mehanske prednosti lahko ugotovili zmanjšanje obremenitve jermenice.
Če želite dobiti mehansko prednost, morate potegniti več vrvi
"Čakaj," rečeš. "Kako veste, da je mehanska prednost enaka številu vrvi?" Če želite odgovoriti na to vprašanje, morate vedeti, kaj delo in ne vrste dela, ki ga opravljate pri svojem delu od 9 do 5.
Kar zadeva fizike, delate (W) z uporabo sile (F) na daljavo (d). Delo izračunamo tako, da silo pomnožimo z razdaljo:
W = F • d.
Delo je povezano z energijo in ker je ena najbolj temeljnih naravnih zakonov, da se energija vedno ohranja, je treba delo ohraniti. Če je sila, ki deluje na sistem jermenic, manjša od sile, ki je potrebna za dviganje tovora, se mora nekaj spremeniti, da bo obseg opravljenega dela enak obsegu dela, potrebnega za dviganje tovora.
Količina, ki se spremeni, je razdalja. Ko uporabljate sistem škripcev, za dvigovanje tovora uporabite manj sile, vendar morate za dvig tovora na določeno višino potegniti več vrvi. Če imate sistem z dvojnimi jermenicami, morate potegniti dvakrat več vrvi; v sistemu trojnih jermenic morate vleči trikrat toliko itd. Pravzaprav lahko za kateri koli sistem škripcev izračunate količino dodatne vrvi, ki jo morate vleči, tako da preštejete število vrvi, ki podpirajo obremenitev.
Zmanjšanje teže, sile in obremenitve jermenice
Teža in sila nista različni količini. Teža predmeta ni nič drugega kot sila, ki jo nanj izvaja gravitacija, zato morate, ko dvignete predmet, izvajati silo, enako gravitacijski sili. Če imate en sam sistem jermenic, vam jermenica omogoča, da potegnete vrv namesto navzgor, kar je vsekakor lažje, toda sila, ki jo izvajate je še vedno enako teža tovora dviguješ.
Če dodate škripec pod prvega, zavijete vrv okoli obeh jermenic in obesite tovor z drugega jermenica, je tovor zdaj podprt z dvema vrvma. Mehanska prednost tega novega, izboljšanega sistema jermenic je torej 2, kar pomeni, da se morate samo potruditi sila, enaka polovici teže tovora da ga dvignete. Tretji jermenico obesite s prve, napeljite vrv tako, da tri vrvi obešajo tovor, sila, ki jo morate uporabiti za dvig tovora, pa je le ena tretjina njegove teže.
Na splošno bi lahko rekli, da je zmanjšanje obremenitve jermenice vzajemno število vrvi, ki podpira obremenitev, vendar ima malo praktičnih sistemov jermenic več kot štiri vrvi. Posledično je največje zmanjšanje obremenitve jermenice ena četrtine teže bremena. V resnici je dejansko zmanjšanje obremenitve nekoliko manjše od tega, ker morate upoštevati trenje v jermenicah.
Primer kalkulatorja teže jermenice
Recimo, da lahko 200 kilogramov dvignete sami, vendar je to meja vaših sposobnosti dvigovanja uteži. Bi lahko oblikovali sistem škripcev za dvig 2000 kilogramov težkega avtomobila? Verjetno ne zato, ker bi celo sistem s štirimi jermenicami težo zmanjšal le za četrtino, to pa je še vedno 500 kilogramov.
Recimo, da bi lahko namestili par škripčevskih sistemov in povabili prijatelja, ki je tako močan kot vi, da potegne enega od njih. Še vedno bi imeli težave, vendar bi to morda lahko storili, ker bi vsak škripec dvignil polovico teže ali 1000 funtov, četrtina te teže pa 250 funtov. Če bi na delovno mesto dodali še tretji jermenico in tretjo osebo, bi morala vsaka oseba izkoristiti le 167 kilogramov sile, kar je povsem v okviru njihovih zmožnosti, zato bi ta sistem deloval enostavno.
Kalkulator teže jermenice ni odvisen od tega, katera teža se bo dvignila prva, ko se vrv potegne, kajti če ena oseba potegne, preden jo drugi dve, se avto ne bo premaknil. Vsi trije ljudje morajo istočasno vleči, da pravilno razdelijo obremenitev in enakomerno porazdelijo težo med tremi jermenicami. Ko trije ljudje delajo hkrati, je v resnici 12 vrvi, ki podpirajo avto, zaradi česar je mehanska prednost sistema jermenic 12 in zmanjša neto silo, potrebno za dvig vozila na 2.000 ÷ 12 = 167 kilogramov.