Hoe werken katrollen?

Inleiding

Simpel Machines werden door mensen ontwikkeld om de inspanningen die nodig zijn voor een bepaald werk te verminderen. Om een bepaald voorwerp van een bepaald gewicht op te heffen, moet een gelijke hoeveelheid kracht in tegengestelde richting worden uitgeoefend. Bijvoorbeeld, om een kist van 10 kilogram op te tillen, moet een gelijke kracht van 10 kilogram in opwaartse richting worden uitgeoefend. Dit is vermoeiend omdat de kracht moet worden uitgeoefend tegen de zwaartekracht in. Daarom werden katrollen uitgevonden als eenvoudige machines om een voorwerp met minder inspanning op te tillen of te trekken. Laten we de werking van katrollen gedetailleerder bespreken.

Wat zijn katrollen?

Katrollen worden beschouwd als een van de ontdekte eenvoudige machines die worden gebruikt om voorwerpen op te tillen. Katrollen werden voor het eerst gebruikt door mensen in de oude Egyptische en Mesopotamische beschavingen. Katrollen zijn gemaakt van een combinatie van wiel/wielen die aan een as of as zijn bevestigd. Deze wielen zijn dik en bevatten groeven in het centrale gedeelte, waardoor touwen of kabels er vrij omheen kunnen bewegen zonder enige weerstand.

Afbeelding: Een enkele katrol met een touw dat met een as is bevestigd

Meerdere katrollen worden vaak samen in één systeem geplaatst om de inspanning te verminderen die wordt gebruikt om een bepaald voorwerp op te tillen of te trekken. Een toename van het aantal katrollen vermindert de vereiste handmatige inspanning.

Afbeelding: Meerdere katrollen bij elkaar geplaatst om de inspanning te verminderen

Zoals in de bovenstaande afbeelding te zien is, verminderen meerdere katrollen de inspanning die nodig is om een last op te tillen. De last heeft hier een gewicht van 100N, en de kracht die moet worden uitgeoefend is 33,5N. Laten we eens door uitgebreide details van hoe katrollen werken.

Hoe werken katrollen?

Poelies worden gebruikt in meerdere sectoren van werken die worden geassocieerd met het heffen en trekken van bepaalde voorwerpen die een grotere massa of gewicht hebben. Zoals de naam al doet vermoeden, is katrol afgeleid van het woord trekken. Zoals eerder gezegd, zijn katrollen bevestigd aan een as in het centrale gedeelte van het wiel om vrije cirkelvormige beweging rond het wiel mogelijk te maken. In het wiel is een groef aangebracht waarin een touw of kabel kan worden geplaatst. Het touw of de kabel wordt aan één uiteinde aangetrokken, zodat de last kan worden opgehesen of in de gewenste richting verplaatst. Laten we ons concentreren op enkele systemen waarin katrollen kunnen worden gebruikt.

• Hoe werken katrollen met één wiel?

Systemen met één wiel bevatten het gebruik van slechts één katrol waar het touw omheen wordt geplaatst. In dergelijke gevallen wordt de last ofwel aan één uiteinde van het touw vastgemaakt, ofwel wordt de last aan de as van de katrol bevestigd.

– Het hijsen van een voorwerp met behulp van een katrolsysteem met één wiel (de last is aan het touw bevestigd)

Afbeelding: Single Fixed Pulley System

Zoals in de bovenstaande afbeelding te zien is, is een last van 100 pond aan één uiteinde van het touw bevestigd. Het touw gaat door een katrolsysteem met één wiel en bereikt de andere kant. Als een persoon het gewicht met de hand optilt, moet hij/zij een kracht in opwaartse richting uitoefenen (tegen de gravitatiekracht van de aarde in) om het gewicht op te tillen. Dit gaat in tegen de zwaartekracht die op aarde aanwezig is. Met behulp van een katrol wordt de richting waarin de kracht wordt uitgeoefend echter veranderd. Daardoor wordt de inspanning die nodig is om het voorwerp op te tillen kleiner (omdat de kracht in de richting van de aarde wordt uitgeoefend). Als er 1 meter aan het touw wordt getrokken, wordt het gewicht ook 1 meter opgetild, omdat de lengte van het touw vastligt.

Belangrijke opmerking: In het geval van een enkele vaste katrol is de trekkracht die op het gehele touw werkt gelijk aan de massa van het voorwerp in Newton.

– Het optillen van een voorwerp met behulp van een katrolsysteem met één wiel (belasting bevestigd aan katrol)

Image: Enkelvoudig beweegbaar katrolsysteem

Een enkele vaste katrol heeft een mechanisch voordeel van 1 omdat de uitgeoefende inspanning (kracht) gelijk is aan de opgeheven massa. In het geval van een enkele beweegbare katrol is het mechanisch voordeel echter 2. Dit komt voornamelijk omdat de uitgeoefende kracht de helft is van de te heffen massa.

Bij een beweegbare katrol is de last bevestigd aan de as of as en is één uiteinde van het touw of de kabel vast. Het andere uiteinde van het touw wordt in dezelfde richting getrokken als het gewicht. De hele katrol beweegt rond het touw terwijl het gewicht wordt opgetild. Aangezien het ene uiteinde van het touw aan een vaste structuur is bevestigd en de katrol ertussen hangt, dragen beide zijden van de touwen de kracht van de last. Hierdoor wordt de massa van het voorwerp gehalveerd en behoeft slechts de helft van de kracht te worden uitgeoefend om het voorwerp op te tillen.

Belangrijke opmerking: In het geval van een beweegbaar katrolsysteem is de trekkracht die aan weerszijden op het touw werkt de helft van de massa die wordt opgeheven. Dus als een voorwerp van ‘M’ massa wordt opgehesen, is de spanning aan elke kant van het touw M/2.

• Hoe werken katrollen met twee wielen?

De toename van het aantal wielen in een katrolsysteem helpt bij de vermindering van de inspanning die nodig is om de last op te heffen. Mechanisch voordeel wordt verkregen met een toename van het aantal wielen in een katrolsysteem. Het mechanisch voordeel is de verhouding tussen de hoeveelheid gewicht en het aantal secties waarin het touw is verdeeld. Een katrol met twee wielen wordt gewoonlijk in hoofdzakelijk één combinatie geplaatst, waarbij één katrol vast en een andere katrol beweegbaar is.

Afbeelding: Tweewielpoeliesysteem

Het gebruik van een tweewielpoeliesysteem is vrijwel gelijk aan het gebruik van een enkele beweegbare poelie, aangezien hetzelfde mechanische voordeel wordt verkregen. Er zijn in dit geval echter twee belangrijke verschillen:

• Ten eerste wordt de kracht naar beneden uitgeoefend om een voorwerp omhoog te tillen. Dit helpt bij het opheffen van de gravitatiekracht die op de last werkt.
• Ten tweede, om een voorwerp over een afstand x op te tillen, moet het touw over een afstand 2x worden voortgetrokken. Dit komt hoofdzakelijk doordat het touw nu verdeeld is over de twee katrolsystemen en twee treksecties heeft. Elk deel van het touw moet worden bewogen om het gewicht op te heffen. Een verplaatsing van x afstand in elke sectie van het touw zal de last dus met x afstand optillen. Om beide delen van het touw een x-afstand te laten bewegen, moet een gelijkwaardige lengte van 2x het deel worden getrokken.

• Hoe werken vierwielige katrollen?

Afbeelding: Vierwiel katrolsysteem

Bij een vierwielig katrolsysteem wordt de inspanning die nodig is om een voorwerp op te tillen, nog verder verminderd. Dit komt hoofdzakelijk doordat het touw viermaal om het katrolsysteem wordt gelust, zonder rekening te houden met het vrije uiteinde dat naar beneden wordt getrokken. Het resultaat is dat de massa van het voorwerp of de kracht die door de last naar beneden wordt uitgeoefend, door vier keer wordt gedeeld. Het resultaat is dat een persoon die aan het vrije uiteinde van het touw trekt, slechts een vierde van de kracht hoeft uit te oefenen om het voorwerp op te tillen. Om het voorwerp echter over een afstand x op te tillen, moet door de persoon aan het touw een equivalente lengte van 4x worden getrokken.

Conclusie

Pulleys zijn een van de meest gebruikte eenvoudige machines in verschillende industriële en mechanische sectoren. De ontwikkeling met de tijd heeft de doeltreffendheid van katrollen vergroot. Ontwerpen heeft mensen in staat gesteld om het mechanische voordeel van de vier katrollen systeem te krijgen door het gebruik van slechts twee katrollen door simpelweg het verhogen van het aantal groeven in een enkele katrol. Om meer te weten over hoe katrollen werken bezoek de website van Pulley India en krijg gedetailleerde informatie.