Wie funktionieren Riemenscheiben?

Einführung

Einfache Maschinen wurden von Menschen entwickelt, um die für eine bestimmte Arbeit erforderlichen Anstrengungen zu verringern. Um einen bestimmten Gegenstand mit einem bestimmten Gewicht zu heben, muss die gleiche Kraft in entgegengesetzter Richtung aufgebracht werden. Um zum Beispiel eine Kiste mit einem Gewicht von 10 Kilogramm zu heben, muss eine gleich große Kraft von 10 Kilogramm in die Aufwärtsrichtung aufgebracht werden. Dies ist etwas mühsam, da die Kraft gegen die Schwerkraft aufgebracht werden muss. Aus diesem Grund wurden Flaschenzüge als einfache Maschinen erfunden, mit denen man einen Gegenstand mit geringerem Aufwand heben oder ziehen kann. Lassen Sie uns die Funktionsweise von Flaschenzügen genauer erörtern.

Was sind Flaschenzüge?

Für das Anheben von Gegenständen werden Flaschenzüge als eine der grundlegenden einfachen Maschinen betrachtet, die entdeckt wurden. Die erste Verwendung von Flaschenzügen wurde von den Menschen der alten ägyptischen und mesopotamischen Zivilisationen vorgenommen. Riemenscheiben bestehen aus einer Kombination von Rädern, die an einer Welle oder Achse befestigt sind. Diese Räder sind dick und enthalten Rillen im zentralen Teil, um die freie Bewegung von Seilen oder Kabeln ohne Widerstand zu ermöglichen.

Bild: Eine einzelne Umlenkrolle mit einem Seil, das an einer Achse befestigt ist

Mehrere Umlenkrollen werden oft in einem einzigen System angeordnet, um den Kraftaufwand für das Heben oder Ziehen eines bestimmten Objekts zu verringern. Eine Erhöhung der Anzahl der Rollen verringert den erforderlichen manuellen Aufwand.

Bild: Mehrere Umlenkrollen zur Verringerung des Kraftaufwands

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, verringern mehrere Umlenkrollen den zum Heben einer Last erforderlichen Kraftaufwand. Die Last hat hier ein Gewicht von 100 N, und die Kraft, die aufgebracht werden muss, beträgt 33,5 N. Schauen wir uns die Funktionsweise von Flaschenzügen im Detail an.

Wie funktionieren Flaschenzüge?

Rollen werden in vielen Bereichen von Arbeiten verwendet, die mit dem Heben und Ziehen bestimmter Objekte mit erhöhter Masse oder Gewicht verbunden sind. Wie der Name schon sagt, leitet sich der Begriff „Pulley“ von dem Wort „Pull“ (Ziehen) ab. Wie bereits erwähnt, sind Riemenscheiben an einer Achse im mittleren Teil des Rades befestigt, um eine freie kreisförmige Bewegung um das Rad zu ermöglichen. Das Rad ist mit einer Rille versehen, in die ein Seil oder Kabel eingelegt werden kann. Das Seil oder Kabel wird an einem Ende gezogen, so dass die Last angehoben oder in die gewünschte Richtung bewegt werden kann. Wir wollen uns auf einige Systeme konzentrieren, in denen Flaschenzüge verwendet werden können.

• Wie funktionieren Flaschenzüge mit einem Rad?

Bei Systemen mit einem Rad wird nur ein Flaschenzug verwendet, um den das Seil gelegt wird. In solchen Fällen ist die Last entweder an einem Ende des Seils befestigt, oder die Last ist an der Achse der Rolle angebracht.

– Heben eines Objekts mit Hilfe eines Einrollen-Rollensystems (Last am Seil befestigt)

Bild: Einzelnes festes Rollensystem

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, ist an einem Ende des Seils eine Last von 100 Pfund befestigt. Das Seil läuft durch ein einfaches Flaschenzugsystem und erreicht die andere Seite. Wenn eine Person das Gewicht von Hand anhebt, muss sie normalerweise eine Kraft nach oben ausüben (gegen die Schwerkraft der Erde), um es anzuheben. Dies geschieht gegen die Gravitationskraft, die auf der Erde herrscht. Mit Hilfe eines Flaschenzugs wird jedoch die Richtung, in der die Kraft ausgeübt wird, geändert. Dadurch verringert sich die zum Anheben des Objekts erforderliche Anstrengung (da die Kraft in Richtung Erde wirkt). Wenn das Seil um 1 Meter gezogen wird, wird das Gewicht auch um 1 Meter angehoben, da die Länge des Seils fixiert ist.

Wichtige Anmerkung: Im Falle einer einzelnen festen Rolle ist die auf das gesamte Seil wirkende Zugkraft gleich der Masse des Objekts in Newton.

– Anheben eines Objekts mit Hilfe eines einrädrigen Rollensystems (Last an Rolle befestigt)

Bild: Einzelnes bewegliches Flaschenzugsystem

Ein einzelner fester Flaschenzug hat einen mechanischen Vorteil von 1, weil der Aufwand (Kraft) gleich der angehobenen Masse ist. Bei einer einzelnen beweglichen Seilrolle beträgt der mechanische Vorteil jedoch 2, weil der Kraftaufwand die Hälfte der zu hebenden Masse beträgt.

Bei einer beweglichen Seilrolle ist die Last an der Achse oder Welle befestigt, und ein Ende des Seils oder Kabels ist fest. Das andere Ende des Seils wird in die gleiche Richtung wie das Gewicht gezogen. Die gesamte Rolle bewegt sich um das Seil, wenn das Gewicht angehoben wird. Da ein Ende des Seils an einer festen Struktur befestigt ist und die Rolle dazwischen hängt, tragen beide Seiten der Seile die Kraft der Last. Dadurch wird die Masse des Gegenstands halbiert, und es muss nur die halbe Kraft aufgebracht werden, um den Gegenstand zu heben.

Wichtige Anmerkung: Bei einem beweglichen Flaschenzugsystem ist die Zugkraft, die auf das Seil auf beiden Seiten wirkt, die Hälfte der Masse, die gehoben wird. Wenn also ein Gegenstand mit der Masse „M“ angehoben wird, beträgt die Spannung auf jeder Seite des Seils M/2.

• Wie funktionieren Flaschenzüge mit zwei Rädern?

Die Vergrößerung der Räder in einem Flaschenzug hilft bei der Verringerung der Anstrengung, die zum Heben der Last erforderlich ist. Ein mechanischer Vorteil wird durch die Erhöhung der Anzahl der Räder in einem Flaschenzugsystem erzielt. Der mechanische Vorteil ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen dem Gewicht und der Anzahl der Abschnitte, in die das Seil aufgeteilt ist. Eine Riemenscheibe mit zwei Rädern wird in der Regel hauptsächlich in einer Kombination eingesetzt, bei der eine Scheibe fest und die andere beweglich ist.

Bild: Zwei-Rad-Riemenscheibensystem

Die Verwendung eines Zwei-Rad-Riemenscheibensystems ist der Verwendung einer einzelnen beweglichen Riemenscheibe fast gleich, da der gleiche mechanische Vorteil erzielt wird. Allerdings gibt es in diesem Fall zwei wesentliche Unterschiede:

• Erstens wird die Kraft nach unten angewandt, um ein Objekt nach oben zu heben. Dies trägt dazu bei, die auf die Last wirkende Schwerkraft zu negieren.
• Zweitens: Um einen Gegenstand um die Entfernung x anzuheben, muss das Seil um die Entfernung 2x gezogen werden. Das liegt vor allem daran, dass das Seil nun auf die beiden Rollensysteme aufgeteilt ist und zwei Zugabschnitte hat. Jeder Abschnitt des Seils muss bewegt werden, um das Gewicht anzuheben. Eine Bewegung um eine Strecke x in jedem Seilabschnitt hebt die Last also um eine Strecke x. Um beide Seilabschnitte um x Strecke zu bewegen, muss eine äquivalente Länge von 2x Abschnitt gezogen werden.

• Wie funktionieren Vierrad-Riemenscheiben?

Bild: Vier-Rad-Rollen-System

Bei einem Vier-Rad-Rollen-System wird der Kraftaufwand, der zum Heben eines Objekts erforderlich ist, weiter verringert. Das liegt vor allem daran, dass das Seil viermal um das Flaschenzugsystem geschlungen wird, wobei das freie Ende, das heruntergezogen wird, nicht berücksichtigt wird. Dies hat zur Folge, dass die Masse des Gegenstands oder die durch die Last nach unten wirkende Kraft durch vier geteilt wird. Folglich muss eine Person, die am freien Ende des Seils zieht, nur ein Viertel der Kraft aufwenden, um den Gegenstand anzuheben. Um den Gegenstand jedoch um eine Strecke x anzuheben, muss die Person am Seil eine äquivalente Länge von 4x ziehen.

Schlussfolgerung

Die Seilrolle ist eine der am häufigsten verwendeten einfachen Maschinen in verschiedenen industriellen und mechanischen Bereichen. Die Entwicklung im Laufe der Zeit hat die Effektivität von Riemenscheiben erhöht. Die Entwicklung hat es den Menschen ermöglicht, den mechanischen Vorteil eines Systems mit vier Riemenscheiben durch die Verwendung von nur zwei Riemenscheiben zu nutzen, indem sie einfach die Anzahl der Rillen in einer einzigen Riemenscheibe erhöht haben. Um mehr über die Funktionsweise von Riemenscheiben zu erfahren, besuchen Sie die Website von Pulley India und erhalten Sie detaillierte Informationen.