Як шківи, так і важелі використовувались століттями як засіб для виконання важких завдань. Ці прості машини використовують закони фізики для ефективного переміщення ваги на відстань. Вони дозволяють одній людині рухати тягарі, які людина не змогла б підняти без втручання таких інструментів.
Якщо ви прокладете мотузку поверх верхньої частини одного шківа і піднімете з нею тягар, ви будете тягнути мотузку на ту саму відстань, на якій піднімається вага, і ефективно піднімати ту саму вагу. Однак, якщо ви прикріпили мотузку до нижньої частини рами шківа, пропустіть її через інший шків і поверніть назад через спочатку ви будете тягнути мотузку вдвічі більше відстані, ніж піднімається вага, але піднімаючи лише половину ваги. Практичний результат цього полягає в тому, що ви можете підняти, наприклад, 100-футову гирю на 10 футів, потягнувши за мотузку 20 футів, на якій відчувається вага 50 фунтів. Цей принцип можна продовжувати нескінченно, додаючи більше шківів.
Співвідношення ваги до відстані також можна змінити, використовуючи шківи з різним діаметром. По суті, це той самий принцип, що і звична робота велосипедних передач. Коли ви повертаєте шестерню з великим діаметром, яка прикріплена ланцюгом до шестерні з малим діаметром, менша шестерня буде обертатися швидше. Прикріпивши шківи різного діаметру один до одного мотузками або ланцюгами, ви зможете сильно це зробити продовжте свою підйомну силу, просто потягнувши за мотузку або ланцюг на більшу відстань, ніж становить вага піднято.
Важіль працює за тим же принципом, що і шків, але зовсім по-іншому фізично. Якщо ви візьмете 10-футову дошку і покладете її на точку опори в центрі, ви можете покласти гирю на один кінець і підняти, натиснувши на інший кінець. Відстань, яку ви опускаєте одним кінцем, буде ідентичною відстані, яку піднімає другий кінець, і вимагатиме стільки ж ваги. Однак, якщо ви змістите точку опори від центру дошки - важеля - ви отримаєте механічну перевагу. Якщо точка опори знаходиться на одній нозі з одного кінця і на дев’ять футів з іншого кінця, ви можете підняти дуже важку вагу, просто опустивши довгий кінець у дев’ять разів далі, ніж піднімається коротший кінець.
Шківи та важелі та фізика, що лежить в їх основі, є основою для багатьох сучасних машин. Все, від водяних коліс до двигунів внутрішнього згоряння, використовує принцип перетворення ваги на відстань.