Een katrol is een eenvoudig apparaat dat is ontworpen om het gemakkelijker te maken om een ​​zwaar gewicht op te tillen door de richting van de kracht te veranderen die moet worden uitgeoefend om het object te verplaatsen. Het meest elementaire type katrol is gewoon een touw en een wiel, maar er zijn drie verschillende soorten katrollen en de fysica voor elk type katrol is iets anders.

Typen katrollen

Daar zijn drie basistypes van katrollen: vaste katrollen, verplaatsbare katrollen en gecombineerde katrolsystemen. Een vaste katrol is een wiel dat aan een touw hangt van een voorwerp zoals een balk. Een touw is over het wiel gedrapeerd en een uiteinde is bevestigd aan het op te heffen object. Het andere uiteinde wordt naar beneden getrokken om het voorwerp op te tillen. Een vaste riemschijf blijft op dezelfde plaats staan ​​wanneer u het voorwerp optilt. Een verplaatsbare katrol is zodanig opgehangen dat deze beweegt wanneer u het voorwerp optilt. Een gecombineerd katrolsysteem wordt gemaakt door het touw door twee of meer katrollen te laten lopen. Eenvoudige fysicaberekeningen kunnen worden gebruikt om de effectiviteit van een katrolsysteem te bepalen.

Vaste en verplaatsbare katrollen

Een vaste katrol vermindert niet de hoeveelheid kracht die nodig is om een ​​voorwerp te leven. Als je het ene uiteinde van het touw aan een blok van 50 kilo bevestigt, moet je ten minste 50 kilo kracht uitoefenen om het op te tillen wanneer je aan het andere uiteinde trekt - en in werkelijkheid heb je iets meer nodig, omdat je ook nodig hebt om het touw te verplaatsen en wrijving te overwinnen. Qua fysica biedt de vaste riemschijf geen mechanisch voordeel. Verplaatsbare katrollen maken het mogelijk om een ​​last met minder inspanning op te tillen dan vaste katrollen, zodat ze een mechanisch voordeel opleveren. Ze zijn echter nog steeds minder efficiënt dan gecombineerde katrollen, die werken door de kracht over de verschillende secties van het touw te verdelen.

Gecombineerde poeliesystemen

Gecombineerde poeliesystemen werken door de benodigde kracht te verdelen om het object te verplaatsen. In een systeem met twee katrollen is het touw verdeeld in drie secties. Eén gedeelte gaat van het plafond naar de eerste katrol, waar het gewicht is bevestigd. Het tweede deel gaat van de eerste katrol naar de tweede katrol aan het plafond. Het derde deel gaat van de tweede katrol naar de persoon die aan het touw trekt. Als het voorwerp 300 pond weegt, zou het normaal 300 pond kracht nodig hebben om het te verplaatsen. Bij deze gecombineerde katrolrangschikking neemt elk van de drie secties van touw een derde van de kracht in beslag, dus de totale kracht die nodig is om het voorwerp te verplaatsen is slechts 100 pond. Dit kan worden uitgedrukt als een natuurkundige berekening: L is gelijk aan F maal het aantal secties in het touw. L is gelijk aan het gewicht van de belasting en F is gelijk aan de hoeveelheid kracht.

Berekeningen

Met de eenvoudige natuurkundige formule van L = F maal het aantal segmenten in het touw, is het gemakkelijk om bereken de hoeveelheid kracht die nodig is om een ​​zwaar voorwerp met een katrolsysteem op te tillen. Als het touw door uw katrolsysteem in vier secties is verdeeld, wordt de kracht die u aan het andere uiteinde uitoefent, met vier vermenigvuldigd. Bijvoorbeeld, als het op te heffen object 1000 pond weegt en u oefent 250 pond kracht uit op een katrolsysteem met vier touwsecties, dan kunt u het object optillen omdat 1000 = 250 keer 4. De afstand van het voorwerp echter moet worden getild, wordt ook vermenigvuldigd met hetzelfde aantal, dus in plaats van 1000 pond op een bepaalde afstand op te tillen, zou u 250 pond voor vier keer zoveel afstand opheffen. Om deze reden zijn katrollen niet erg efficiënte apparaten, ondanks het mechanische voordeel dat ze produceren.