Jak fungují kladky?

Úvod

Prosté stroje byly vyvinuty lidmi za účelem snížení úsilí potřebného pro určitou práci. Pro zvednutí určitého předmětu o určité hmotnosti je třeba vyvinout stejnou sílu v opačném směru. Například ke zvednutí krabice o hmotnosti 10 kg je třeba působit ekvivalentní silou o hmotnosti 10 kg směrem nahoru. To je poněkud namáhavé, protože síla musí působit proti gravitační síle. Proto byly vynalezeny kladky jako jednoduché stroje, které slouží ke zvedání nebo tahání předmětu s menší námahou. Probereme si podrobněji procesy, jak kladky fungují.

Co jsou kladky?

Kladky jsou považovány za jeden ze základních objevených jednoduchých strojů, které se používají ke zvedání předmětů. Kladky poprvé použili lidé starověké egyptské a mezopotámské civilizace. Kladky jsou tvořeny kombinací kola/kol připevněných k hřídeli nebo nápravě. Tato kola jsou silná a ve střední části obsahují drážky, které umožňují volný pohyb lan nebo kabelů kolem nich bez jakéhokoli odporu.

Obrázek: Jednoduchá kladka s lanem upevněným osou

Více kladek se často umísťuje společně do jednoho systému, aby se snížila síla, která se používá ke zvedání nebo tahání určitého předmětu. Zvýšení počtu kladek snižuje potřebnou ruční námahu.

Obrázek: Více kladek umístěných společně snižuje námahu

Jak je znázorněno na obrázku výše, více kladek snižuje námahu potřebnou ke zvedání břemene. Břemeno zde má hmotnost 100 N a síla, kterou je třeba vyvinout, je 33,5 N. Projděme si podrobněji, jak fungují kladky.

Jak fungují kladky?

Kladky se používají ve více odvětvích prací, které jsou spojeny se zvedáním a tažením určitých předmětů, které mají zvýšenou hmotnost nebo hmotnost. Jak již název napovídá, slovo kladka bylo odvozeno od slova tahat. Jak již bylo uvedeno, kladky jsou upevněny na ose ve střední části kola, aby umožňovaly volný kruhový pohyb kolem ní. Kolo má v sobě drážku, do které lze umístit lano nebo kabel. Lano nebo kabel se na jednom konci napne tak, aby bylo možné břemeno zvednout nebo přemístit požadovaným směrem. Zaměřme se na několik systémů, v nichž lze použít kladky.

• Jak fungují kladky s jedním kolem

Kladkové systémy s jedním kolem obsahují použití pouze jedné kladky, kolem níž je umístěno lano. V takových případech je břemeno buď upevněno na jednom konci lana, nebo je břemeno připevněno k ose kladky.

– Zvedání předmětu pomocí jednokolové kladkové soustavy (Břemeno připevněné k lanu)

Obrázek: Jednoduchá pevná kladková soustava

Jak je znázorněno na obrázku výše, na jednom konci lana je připevněno břemeno o hmotnosti 100 kg. Lano prochází systémem s jednou kladkou a dostává se na druhou stranu. Pokud člověk zvedá závaží ručně, musí obvykle pro jeho zvednutí vyvinout sílu ve směru vzhůru (proti gravitačnímu působení Země). To bude působit proti gravitační síle, která je přítomna na Zemi. Pomocí kladky se však směr působení síly změní. V důsledku toho se sníží úsilí potřebné ke zvednutí předmětu (protože síla působí směrem k Zemi). Je-li lano taženo o 1metr, zvedne se závaží také o 1metr, protože délka lana je pevná.

Důležitá poznámka: V případě jedné pevné kladky je tažná síla působící na celé lano stejná jako hmotnost předmětu v newtonech.

– Zvedání předmětu pomocí soustavy jednoho kola Kladka (Břemeno připevněné ke kladce)

Obrázek: Jediná pohyblivá kladková soustava

Jediná pevná kladka má mechanickou výhodu 1, protože vynaložené úsilí (síla) je rovno zvedané hmotnosti. V případě jediné pohyblivé kladky je však mechanická výhoda 2. Je to především proto, že úsilí (síla), které je třeba vyvinout, je rovno polovině hmotnosti, kterou je třeba zvednout.

Pohyblivá kladka má břemeno připevněné k ose nebo hřídeli a jeden konec lana nebo kabelu je pevný. Druhý konec lana je tažen ve stejném směru jako závaží. Při zvedání závaží se celá kladka pohybuje kolem lana. Protože jeden konec lana je připevněn k pevné konstrukci a kladka visí mezi oběma stranami lana, nesou sílu břemene. V důsledku toho se hmotnost předmětu zmenší na polovinu a ke zvednutí předmětu je třeba vynaložit pouze poloviční sílu.

Důležitá poznámka: V případě pohyblivého kladkového systému je tažná síla působící na lano na obou stranách poloviční oproti hmotnosti, která se zvedá. Jestliže se tedy zvedá předmět o hmotnosti „M“, je tahová síla na každé straně lana rovna M/2.

• Jak fungují dvoukolové kladky?

Zvětšení počtu kol v kladkové soustavě pomáhá snížit úsilí, které je třeba vynaložit na zvedání břemene. Mechanická výhoda se získává se zvýšením počtu kol v kladkové soustavě. Mechanická výhoda je poměr velikosti hmotnosti a počtu úseků, na které je lano rozděleno. Kladka se dvěma koly je obvykle umístěna převážně v jedné kombinaci, kdy jedna kladka je pevná a druhá pohyblivá.

Obrázek:

Použití systému dvou řemenic je téměř podobné použití jedné pohyblivé řemenice, protože se získá stejná mechanická výhoda. V tomto případě však existují dva hlavní rozdíly:

• Za prvé, síla působí směrem dolů, aby zvedla předmět nahoru. To pomáhá negovat gravitační sílu působící na břemeno.
• Za druhé, aby se předmět zvedl o vzdálenost x, musí se lano natáhnout o vzdálenost 2x. Je to především proto, že lano je nyní rozděleno mezi dvě kladky a má dva napínací úseky. Každou sekcí lana je třeba pohnout, aby se zvedlo závaží. Pohyb o x vzdáleností v každém úseku lana tedy zvedne břemeno o x vzdáleností. Aby se oba úseky lana posunuly o x vzdáleností, je třeba natáhnout ekvivalentní část o délce 2x.

• Jak fungují čtyřkolové kladky

Obrázek: Čtyřkolový kladkový systém

V případě čtyřkolového kladkového systému dochází k dalšímu snížení námahy, která je nutná ke zvednutí předmětu. Je to především proto, že lano je čtyřikrát obtočeno kolem kladkového systému, přičemž se nebere v úvahu volný konec, který je stahován dolů. V důsledku toho se hmotnost předmětu nebo síla působící dolů přes břemeno vydělí čtyřikrát. V důsledku toho musí osoba, která tahá za volný konec lana, vyvinout pouze čtvrtinu síly, aby předmět zvedla. Aby se však předmět zvedl o vzdálenost x, musí osoba na laně táhnout ekvivalentní délku 4x.

Závěr

Kolečka jsou jedním z nejpoužívanějších jednoduchých strojů v různých průmyslových a strojírenských odvětvích. Vývoj s postupem času zvýšil účinnost kladek. Konstrukce umožnila lidem získat mechanickou výhodu soustavy čtyř řemenic použitím pouze dvou řemenic jednoduchým zvýšením počtu drážek v jedné řemenici. Chcete-li se dozvědět více o tom, jak kladky fungují, navštivte webové stránky společnosti Pulley India a získejte podrobné informace.