Den mekaniska fördelen med Block & Tackle

En blockrulle är en maskin som kraftigt minskar mängden kraft som krävs för att flytta eller lyfta ett föremål, såsom en tung låda. En vanlig remskiva består av ett enda hjul på en axel med ett rep som går över den. På egen hand kan en remskiva bara ändra riktningen för en kraft som appliceras på ett objekt. Ett system av remskivor som arbetar tillsammans kan bilda ett block och tackling, vilket multiplicerar kraften förutom att ändra kraftens riktning, vilket innebär att mindre kraft krävs för att flytta ett objekt. Graden i vilken block och tackling multiplicerar kraft är dess mekaniska fördel.

Block och tacklingar används ofta i områden där tunga maskiner inte finns och mänsklig kraft måste ersättas istället. I antiken användes block och tacklingar i byggprojekt för att flytta tunga laster. Under den moderna eran används de ofta på båtar där det skulle vara opraktiskt att ha en kran eller andra tunga lyftmaskiner.

Om vi ​​försökte lyfta en £ 200. lådan från golvet till taket i en byggnad, skulle vi kunna göra det med en enkel remskiva. Vi skulle sätta en remskiva i takbjälkarna och föra ett rep genom den och fästa ena änden av repet till lådan. Genom att dra i den andra änden av repet (dragdelen) kunde vi lyfta lådan i spärren. I detta system, varje gång vi drar repet en fot med 200 kg. av kraft lyfter vi lådan en fot. Lyft med något mindre än 200 kg. av kraft kommer inte att flytta våra 200 lb. spjällåda.

Om vi ​​istället för att fästa repet direkt i lådan passerar vi det genom en ny remskiva fäst vid lådan och sedan fäster repets ände på takbjälkarna, skulle vi ha ett block och tackling. Varje gång vi tog i den fria änden av repet, måste repet färdas två gånger mellan takbjälken och lådan. Vi måste dra två meter på repet för att lyfta lådan en enda fot. Men vi skulle bara behöva dra med 100 kg. av kraft.

Denna skillnad mellan mängden kraft som krävs för att flytta ett objekt och vikten av objektet är den mekaniska fördelen med blocket och tacklingen. Detta är samma som skillnaden mellan hur mycket rep vi drar jämfört med avståndet objektet rör sig. För att beräkna den mekaniska fördelen kan vi antingen dela vikten på objektet som lyfts med kraft som krävs för att lyfta den eller så kan vi dela mängden rep vi måste dra med avståndet objektet rör sig. För att hitta den mekaniska fördelen med vår maskin med den första metoden skulle vi dela lådans vikt, 200 pund., Med den mängd kraft som krävs för att lyfta den, 100 pund, vilket ger oss en mekanisk fördel på två. Att dela hur mycket rep vi drar åt gången, 2 fot, med det avstånd som lådan stiger, en fot, ger oss samma svar. Som en tumregel motsvarar antalet replängder mellan de två remskivorna i ett block och tackling maskinens mekaniska fördel. I vår maskin passerar repet från den övre remskivan till den nedre remskivan och tillbaka upp till spärren: två replängder ger oss vår mekaniska fördel med två.

Även om ett block och tackling minskar mängden kraft som krävs för att flytta ett objekt, ändrar det inte mängden arbete. Till exempel kan ett block och tackling med en mekanisk fördel på fyra låta dig lyfta en £ 4. objekt med endast 1 lb. av kraft. Men det kräver också att du drar 4 meter rep för att lyfta objektet en fot.

När något föremål rör sig mot ett annat föremål förloras en del av det rörliga föremålets energi till friktion. I ett block och tackling minskar viss friktion i remskivorna maskinens mekaniska fördel. För att inkludera friktion i en beräkning av den mekaniska fördelen med ett block och tackling, dividera vikten på objektet som lyfts med vikten som krävs för att lyfta det.