Jak działają koła pasowe?

Wprowadzenie

Maszyny proste zostały opracowane przez ludzi w celu zmniejszenia wysiłków wymaganych do określonej pracy. Aby podnieść obiekt o określonej masie, należy przyłożyć równą ilość siły w przeciwnym kierunku. Na przykład, aby podnieść pudełko ważące 10 kilogramów, 10 kilogramów równoważnej siły musi być stosowane w kierunkach w górę. Jest to trochę męczące, ponieważ siła ta musi być przyłożona wbrew sile grawitacji. W związku z tym, koła pasowe zostały wynalezione jako proste maszyny używane do podnoszenia lub ciągnięcia obiektu przy zmniejszonym wysiłku. Omówmy procesy jak koła pasowe działają w sposób bardziej szczegółowy.

Co to są koła pasowe?

Koła pasowe są uważane za jedne z podstawowych maszyn prostych, które zostały odkryte, które są używane do podnoszenia obiektów. Pierwsze użycie kół pasowych zostało wykonane przez ludzi starożytnej cywilizacji egipskiej i mezopotamskiej. Koła pasowe są wykonane z kombinacji koła / kół przymocowanych do wału lub osi. Koła te są grube i zawierają rowki w centralnej części, aby umożliwić swobodny ruch lin lub kabli wokół niego bez żadnego oporu.

Obraz: A single pulley with a rope fixed with an axle

Multiple pulleys are often placed together in a single system to reduce the effort being used to lift or pull a specific object. Zwiększenie liczby kół pasowych zmniejsza wymagany wysiłek ręczny.

Obraz: Wiele kół pasowych umieszczonych razem w celu zmniejszenia wysiłku

Jak pokazano na powyższym obrazku, wiele kół pasowych zmniejsza wysiłek wymagany do podniesienia ładunku. Ładunek tutaj ma wagę 100N, a siła, która musi być przyłożona to 33.5N. Przejdźmy przez opracowane szczegóły, jak działają koła pasowe.

Jak działają koła pasowe?

Koła pasowe są używane w wielu sektorach prac, które są związane z podnoszeniem i ciągnięciem niektórych obiektów, które mają zwiększoną masę lub ciężar. Jak sama nazwa wskazuje, Pulley pochodzi od słowa Pull. Jak stwierdzono wcześniej, koła pasowe są ustalone na osi w centralnej części koła, aby umożliwić swobodny ruch kołowy wokół niego. Koło ma rowek w nim tak, że lina lub kabel może być umieszczony. Lina lub kabel jest ciągnięty na jednym końcu tak, że ładunek może być podnoszony lub przesuwany w pożądanym kierunku. Skupmy się na kilku systemach, w których koła pasowe mogą być używane.

• Jak działają koła pasowe z jednym kołem?

Systemy z jednym kołem pasowym zawierają użycie tylko jednego koła pasowego, wokół którego umieszczona jest lina. W takich przypadkach, ładunek jest albo zamocowany na jednym końcu liny, albo ładunek jest przymocowany do osi koła pasowego.

– Podnoszenie obiektu za pomocą systemu jednego koła pasowego (ładunek przymocowany do liny)

Obraz: System pojedynczego stałego koła pasowego

Jak pokazano na powyższym rysunku, do jednego końca liny przymocowany jest ładunek o wadze 100 funtów. Lina przechodzi przez system pojedynczego koła pasowego i dociera na drugą stronę. Zazwyczaj, jeśli osoba ręcznie podnosi ciężar, musi ona wywierać siłę w kierunku do góry (wbrew grawitacyjnemu przyciąganiu Ziemi) aby go podnieść. Będzie to wbrew Sile Grawitacyjnej, która jest obecna na Ziemi. Jednakże, z pomocą koła pasowego, kierunek, w którym siła jest przyłożona zostaje zmieniony. W rezultacie, wysiłek potrzebny do podniesienia przedmiotu jest mniejszy (ponieważ siła jest przyłożona w kierunku Ziemi). Jeżeli lina jest ciągnięta o 1 metr, ciężar jest również podnoszony o 1 metr, ponieważ długość liny jest stała.

Ważna uwaga: W przypadku pojedynczego stałego koła pasowego, siła naciągu działająca na całą linę jest taka sama jak masa obiektu w niutonach.

– Podnoszenie obiektu za pomocą jednego koła Układ krążkowy (Ładunek przymocowany do koła pasowego)

Obraz: Single Movable Pulley System

Pojedynczy stały bloczek ma przewagę mechaniczną równą 1, ponieważ wysiłek (siła) przyłożony jest równy podnoszonej masie. Jednakże, w przypadku pojedynczego krążka ruchomego, przewaga mechaniczna wynosi 2. Dzieje się tak głównie dlatego, że wysiłek (siła), który musi być zastosowany jest równy połowie masy, która ma być podniesiona.

Krążek ruchomy ma ładunek przymocowany do osi lub wału, a jeden koniec liny lub kabla jest nieruchomy. Drugi koniec liny jest ciągnięty w tym samym kierunku co ciężar. Całe koło pasowe porusza się wokół liny, gdy ciężar jest podnoszony. Ponieważ jeden koniec liny jest przymocowany do solidnej konstrukcji, a bloczek wisi pomiędzy obiema stronami liny, przenosi on siłę ciężaru. W rezultacie masa obiektu jest zmniejszona o połowę, a tylko połowa siły musi być zastosowana do podniesienia obiektu.

Ważna uwaga: W przypadku ruchomego systemu krążkowego, siła napięcia działająca na linę po obu stronach jest połową masy, która jest podnoszona. Zatem jeżeli podnoszony jest obiekt o masie „M”, siła napięcia po każdej stronie liny wynosi M/2.

• Jak działają koła pasowe z dwoma kołami?

Zwiększenie liczby kół w systemie kół pasowych pomaga w zmniejszeniu wysiłku, który jest wymagany do podniesienia ładunku. Przewaga mechaniczna zyskuje się wraz ze wzrostem liczby kół w układzie krążkowym. Przewaga mechaniczna jest stosunkiem ilości ciężaru i ilości odcinków, na które podzielona jest lina. Koło pasowe z dwoma kołami jest zazwyczaj umieszczane głównie w jednej kombinacji, gdzie jedno koło jest stałe, a drugie ruchome.

Obraz: Układ dwóch kół pasowych

Używanie układu dwóch kół pasowych jest prawie podobne do używania pojedynczego ruchomego koła pasowego, ponieważ uzyskuje się taką samą korzyść mechaniczną. Jednakże, istnieją dwie główne różnice w tym przypadku:

• Po pierwsze, siła jest stosowana w dół, aby podnieść obiekt do góry. Pomaga to w zanegowaniu siły grawitacji działającej na ładunek.
• Po drugie, aby podnieść obiekt na odległość x, lina musi zostać pociągnięta na odległość 2x. Wynika to głównie z faktu, że lina jest teraz podzielona pomiędzy dwa systemy krążków i posiada dwa odcinki napinające. Każdy odcinek liny musi zostać przesunięty, aby podnieść ciężar. Zatem przesunięcie o x odległość w każdym odcinku liny spowoduje podniesienie ciężaru o x odległość. W celu przesunięcia obu odcinków liny o x odległość, należy przeciągnąć równoważną długość 2x odcinka.

• Jak działają czterokołowe koła pasowe?

Obraz: System czterech kół pasowych

W przypadku systemu czterech kół pasowych, istnieje dalsza redukcja wysiłku, który jest wymagany do podniesienia obiektu. Dzieje się tak głównie dlatego, że lina jest zapętlona cztery razy wokół systemu krążków, ignorując wolny koniec, który jest ciągnięty w dół. W wyniku tego masa obiektu lub siła działająca w dół przez ładunek jest dzielona czterokrotnie. W rezultacie, osoba ciągnąca za wolny koniec liny musi przyłożyć tylko jedną czwartą siły, aby podnieść obiekt. Jednakże, aby podnieść obiekt na odległość x, osoba na linie musi pociągnąć równoważną długość 4x.

Wniosek

Koła pasowe są jedną z najszerzej stosowanych maszyn prostych w różnych sektorach przemysłu i mechaniki. Rozwój z czasem zwiększył skuteczność kół pasowych. Projektowanie pozwoliło ludziom uzyskać przewagę mechaniczną systemu czterech kół pasowych przy użyciu tylko dwóch kół pasowych poprzez proste zwiększenie liczby rowków w pojedynczym kole pasowym. Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak koła pasowe działają odwiedź stronę internetową Pulley India i uzyskać szczegółowe informacje.