Een katrol gebruikt geen brandstof of elektriciteit en draait niet op zichzelf, maar het is nog steeds een machine. Geen machine zoals het woord wordt gedefinieerd door het Merriam-Webster-woordenboek, maar een machine zoals ingenieurs het woord definiëren: "Eenvoudige machines zijn apparaten die kunnen worden gebruikt om een kracht die we uitoefenen te vermenigvuldigen of te vergroten - vaak ten koste van een afstand waardoor we de kracht uitoefenen. "
tegoed: gaspr13 / iStock / GettyImages Hoeveel gewicht neemt een katrol op?Elke machine heeft een mechanisch voordeel
De lijst met eenvoudige machines bevat items die mensen dagelijks gebruiken, zoals hamers, schroevendraaiers en deurknoppen. Al deze werktuigen vallen in een van de zes klassieke categorieën eenvoudige machines. De categorieën zijn:
- Wiel en as
- Katrol
- Hefboom
- Hellend vlak
- Schroef
- Wig
Sommige wetenschappers beschouwen de schroef en wig als speciale soorten hellende vlakken, waardoor de lijst wordt teruggebracht tot vier ingangen. Je kunt de poelie zelfs als een speciaal geval van een wiel en as beschouwen en de lijst terugbrengen tot drie items. Hoeveel items er ook op de lijst staan, een katrol kwalificeert als een machine.
De verhouding tussen de uitvoerkracht van een machine en de kracht die u erop uitoefent, wordt de machine genoemd mechanisch voordeel (MA). Om een machine een machine te laten zijn, moet de uitvoerkracht groter zijn dan de invoerkracht, wat betekent dat het mechanische voordeel altijd groter moet zijn dan 1. Hoe groter het mechanische voordeel, hoe minder kracht u hoeft in te voeren om het te maken werk.
Het mechanische voordeel van een katrolsysteem
U kunt het mechanische voordeel van een poeliesysteem berekenen door de kracht te berekenen die nodig is om een last zonder poelie naar een bepaalde hoogte te heffen (de uitgaande kracht, FO) en vervolgens de benodigde kracht berekenen om dit met de poelie te doen (de invoerkracht Fik). Het mechanische voordeel is de verhouding tussen de uitvoerkracht en de invoerkracht: MA = FO/ Fik. Hoe kleiner de invoerkracht in relatie tot de uitvoerkracht, hoe groter het mechanische voordeel.
Voor een eenvoudig poeliesysteem is de berekening van het mechanische voordeel ervan belachelijk eenvoudig. Je telt eenvoudig het aantal touwen dat de lading ondersteunt.
Zodra u het mechanische voordeel kent, kunt u de kracht berekenen die nodig is om een bekend gewicht te heffen. Kracht en gewicht betekenen hetzelfde, dus door het mechanische voordeel te berekenen, kunt u de vermindering van de poeliebelasting berekenen.
Om een mechanisch voordeel te krijgen, moet u meer touw trekken
"Wacht", zegt u. "Hoe weet je dat het mechanische voordeel gelijk is aan het aantal touwen?" Om deze vraag te beantwoorden, moet je weten wat werk is, en niet het soort werk dat je doet op je 9-tot-5-baan.
Wat natuurkundigen betreft, werk je (W) door een kracht (F) over een afstand (d) uit te oefenen. Je berekent het werk door de kracht te vermenigvuldigen met de afstand:
W = F • d.
Werk is gerelateerd aan energie, en omdat een van de meest fundamentele natuurwetten is dat energie altijd wordt behouden, moet werk worden behouden. Als de kracht die op een poeliesysteem wordt uitgeoefend minder is dan de kracht die nodig is om de last op te tillen, moet er iets veranderen om de hoeveelheid werk die u doet gelijk te maken aan de hoeveelheid werk die nodig is om de last op te heffen.
De hoeveelheid die verandert is afstand. U oefent minder kracht uit om een last te heffen wanneer u een katrolsysteem gebruikt, maar u moet meer touw trekken om de last naar een bepaalde hoogte te heffen. Als je een dubbel poeliesysteem hebt, moet je twee keer zoveel touw trekken; in een drievoudig poeliesysteem moet je drie keer zoveel trekken, enzovoort. Voor elk katrolsysteem kunt u zelfs de hoeveelheid extra touw berekenen die u moet trekken door het aantal touwen te tellen dat de belasting ondersteunt.
Gewicht, kracht en katrollastvermindering
Gewicht en kracht zijn geen verschillende hoeveelheden. Het gewicht van een object is niets anders dan de kracht die erop wordt uitgeoefend door de zwaartekracht, dus wanneer u een object optilt, moet u een kracht uitoefenen die gelijk is aan de zwaartekracht. Als je een enkel poeliesysteem hebt, kun je met de poelie het touw naar beneden trekken in plaats van omhoog, wat absoluut gemakkelijker is, maar de dwingen u uit te oefenen is nog steeds gelijk aan de gewicht van de lading je bent aan het tillen.
Als u een katrol onder de eerste toevoegt, het touw rond beide katrollen maakt en een last van de tweede katrol ophangt, wordt de last nu ondersteund door twee touwen. Het mechanische voordeel van dit nieuwe, verbeterde poeliesysteem is daarom 2, en dat betekent dat u alleen hoeft te oefenen een kracht gelijk aan de helft van het gewicht van de lading om het op te tillen. Hang een derde katrol op vanaf de eerste, haal het touw er doorheen zodat drie touwen de last ophangen en de kracht die u moet uitoefenen om de last op te tillen is slechts een derde van het gewicht.
Je zou in het algemeen kunnen zeggen dat de vermindering van de poeliebelasting het omgekeerde is van het aantal touwen dat de last ondersteunt, maar weinig praktische poeliesystemen hebben meer dan vier touwen. Bijgevolg is de maximale vermindering van de poeliebelasting die u kunt realiseren een kwart van het gewicht van de belasting. In werkelijkheid is de werkelijke belastingvermindering iets minder dan dit omdat u rekening moet houden met wrijving in de riemschijven.
Een voorbeeld katrolgewichtcalculator
Stel dat u een persoon van 200 pond alleen kunt tillen, maar dat is de limiet van uw mogelijkheden voor gewichtheffen. Kunt u een katrolsysteem bedenken om een auto van 2.000 pond op te tillen? Waarschijnlijk niet omdat zelfs een vierpoeliesysteem het gewicht met slechts een kwart zou verminderen, en dat is nog steeds 500 pond.
Stel dat je een paar katrolsystemen kunt opzetten en een vriend, die net zo sterk is als jij, kunt laten trekken aan een van deze. Je zou nog steeds problemen hebben, maar je zou het kunnen doen omdat elke katrol de helft van het gewicht zou optillen, of 1.000 pond, en een kwart van dat gewicht is 250 pond. Als u echter een derde poelie en een derde persoon aan de taak zou toevoegen, zou elke persoon slechts 167 pond kracht hoeven uit te oefenen, wat ruim binnen hun mogelijkheden ligt, dus dit systeem zou gemakkelijk werken.
Een katrolgewichtcalculator is niet afhankelijk van het gewicht dat als eerste wordt opgetild als aan het touw wordt getrokken, want als de ene persoon trekt voordat de andere twee doen, zal de auto niet bewegen. Alle drie de mensen moeten gelijktijdig trekken om de belasting goed te verdelen en het gewicht gelijkmatig over de drie katrollen te verdelen. Wanneer de drie mensen tegelijkertijd werken, zijn er in feite 12 touwen die de auto ondersteunen, wat het mechanische voordeel van het poeliesysteem 12 maakt en de netto kracht vermindert die nodig is om het voertuig op te heffen tot 2.000 ÷ 12 = 167 pond.
