Bir Kasnak Ne Kadar Ağırlık Çıkarır?

Bir makara yakıt veya elektrik kullanmaz ve kendi başına çalışmaz, ancak yine de bir makinedir. Kelimenin Merriam-Webster sözlüğünde tanımlandığı şekilde bir makine değil, mühendislerin kelimeyi tanımladığı şekilde bir makine: "Basit makineler, uyguladığımız bir kuvveti çoğaltmak veya artırmak için kullanılabilecek cihazlardır. — genellikle kuvveti uyguladığımız bir mesafe pahasına."

Basit makinelerin listesi, çekiç, tornavida ve kapı kolları gibi insanların her gün kullandığı öğeleri içerir. Bu aletlerin tümü, altı klasik basit makine kategorisinden birine girer. Kategoriler:

• Tekerlek ve dingil
• Kasnak
• Kaldıraç
• Eğik düzlem
• Vida
• kama

Bazı bilim adamları, vida ve kamayı, listeyi dört girişe indiren özel eğik düzlem türleri olarak görürler. Hatta kasnağı bir tekerlek ve aksın özel bir durumu olarak değerlendirebilir ve listeyi üç maddeye indirgeyebilirsiniz. Listede kaç tane öğe olursa olsun, bir makara bir makine olarak nitelendirilir.

Bir makinenin çıkış kuvvetinin, ona uyguladığınız kuvvete oranı, makinenin gücü olarak bilinir.

Bir yükü kasnak olmadan belirli bir yüksekliğe kaldırmak için gereken kuvveti (çıkış kuvveti, F) hesaplayarak bir kasnak sisteminin mekanik avantajını hesaplayabilirsiniz._Ö) ve ardından bunu kasnak ile yapmak için gereken kuvveti hesaplamak (giriş kuvveti F_ben). Mekanik avantaj, çıkış kuvvetinin giriş kuvvetine oranıdır: MA = F_Ö/ F_ben. Giriş kuvveti, çıkış kuvvetine göre ne kadar küçükse, mekanik avantaj o kadar büyük olur.

Basit bir makara sistemi için mekanik avantajının hesaplanması gülünç derecede kolaydır. Sadece yükü destekleyen halatların sayısını sayarsınız.

Mekanik avantajı öğrendikten sonra, bilinen bir ağırlığı kaldırmak için gereken kuvveti hesaplayabilirsiniz. Kuvvet ve ağırlık aynı anlama gelir, bu nedenle mekanik avantajı hesaplayarak kasnak yükünün azalmasını bulabileceksiniz.

"Bekle" diyorsun. "Mekanik avantajın halat sayısına eşit olduğunu nereden biliyorsun?" Bu soruyu cevaplamak için ne olduğunu bilmeniz gerekir. iş 9'dan 5'e kadar olan işinizde yaptığınız türden bir iş değil.

Fizikçiler söz konusu olduğunda, (d) mesafesi boyunca bir kuvvet (F) uygulayarak (W) iş yaparsınız. Gücü mesafeyle çarparak işi hesaplarsınız:

W = F • d.

İş enerji ile ilgilidir ve doğanın en temel yasalarından biri enerjinin her zaman korunduğu olduğundan, iş korunmalıdır. Bir makara sistemine uygulanan kuvvet, yükü kaldırmak için gereken kuvvetten daha azsa, yaptığınız iş miktarını yükü kaldırmak için gereken iş miktarına eşit hale getirmek için bir şeyler değişmelidir.

Değişen miktar mesafedir. Makara sistemi kullanırken bir yükü kaldırmak için daha az kuvvet uygularsınız, ancak yükü belirli bir yüksekliğe çıkarmak için daha fazla ip çekmeniz gerekir. Çift makaralı bir sisteminiz varsa iki kat daha fazla ip çekmeniz gerekir; üçlü kasnak sisteminde, üç kat daha fazla çekmeniz gerekir, vb. Aslında, herhangi bir makara sistemi için, yükü destekleyen halatların sayısını sayarak çekmeniz gereken ekstra halat miktarını hesaplayabilirsiniz.

Ağırlık ve kuvvet farklı nicelikler değildir. Bir cismin ağırlığı, ona yerçekimi tarafından uygulanan kuvvetten başka bir şey değildir, bu nedenle bir cismi kaldırdığınızda, yerçekimi kuvvetine eşit bir kuvvet uygulamanız gerekir. Tek makaralı bir sisteminiz varsa, makara ipi yukarı çekmek yerine aşağı çekmenizi sağlar ki bu kesinlikle daha kolaydır, ancak uyguladığın zorlama hala eşittir yükün ağırlığı kaldırıyorsun.

Birinci makaranın altına bir makara eklerseniz, ipi her iki makaranın etrafına dolayın ve ikinci makaradan bir yük askıya alırsanız, yük artık iki halat tarafından desteklenmektedir. Bu yeni, geliştirilmiş makara sisteminin mekanik avantajı bu nedenle 2'dir ve bu, yalnızca çaba sarf etmeniz gerektiği anlamına gelir. yükün ağırlığının yarısına eşit bir kuvvet kaldırmak için. İlkinden üçüncü bir makarayı asın, ipi içinden geçirin, böylece üç halat yükü askıya alır ve yükü kaldırmak için uygulamanız gereken kuvvet, ağırlığının sadece üçte biri kadardır.

Genel olarak, kasnak yükünün azaltılmasının, yükü destekleyen halat sayısının tersi olduğunu söyleyebilirsiniz, ancak birkaç pratik makara sisteminde dörtten fazla halat bulunur. Sonuç olarak, gerçekleştirebileceğiniz maksimum kasnak yükü azalması, yükün ağırlığının dörtte biri kadardır. Gerçekte, gerçek yük azalması bundan biraz daha azdır çünkü kasnaklardaki sürtünmeyi hesaba katmanız gerekir.

200 kiloluk bir insanı kendi başınıza kaldırabileceğinizi varsayalım, ancak bu, halter yeteneklerinizin sınırıdır. 2.000 kiloluk bir otomobili kaldırmak için bir makara sistemi tasarlayabilir misiniz? Muhtemelen değil, çünkü dört makaralı bir sistem bile ağırlığı yalnızca dörtte bir oranında azaltır ve bu hala 500 pound.

Diyelim ki bir çift makara sistemi kurabilirsiniz ve sizin kadar güçlü bir arkadaşınıza bunlardan birini çekmesini sağlayabilirsiniz. Yine de sorun yaşarsınız, ancak bunu yapabilirsiniz çünkü her bir makara ağırlığın yarısını veya 1000 poundu kaldırır ve bu ağırlığın dörtte biri 250 pound'dur. Ancak işe üçüncü bir kasnak ve üçüncü bir kişi eklerseniz, her bir kişinin yalnızca 167 pound'luk bir kuvvet uygulaması gerekir ki bu da yetenekleri dahilindedir, bu nedenle bu sistem kolayca çalışır.

Bir kasnak ağırlığı hesaplayıcısı, ip çekilirken hangi ağırlığın önce kalkacağına bağlı değildir, çünkü bir kişi diğer ikisi çekmeden önce çekerse, araba hareket etmeyecektir. Yükü düzgün bir şekilde paylaşmak ve ağırlığı üç makara arasında eşit olarak dağıtmak için üç kişinin de aynı anda çekmesi gerekir. Üç kişi aynı anda çalıştığında, aslında, arabayı destekleyen 12 halat vardır, bu da kasnak sisteminin 12 mekanik avantajı ve aracı kaldırmak için gereken net kuvveti 2.000 ÷ 12'ye düşürür = 167 pound.