science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe een blokkering en tackle werkt

Een eenvoudig katrolsysteem.

Als je ooit naar het uiteinde van een kraan hebt gekeken, of als u ooit een motortakel of een meeloop hebt gebruikt, of als je ooit naar de tuigage van een zeilboot hebt gekeken, dan heb je een block en tackle aan het werk gezien. Een blok en takel is een opstelling van touw en katrollen waarmee je kracht kunt ruilen voor afstand. In deze editie van Hoe dingen werken we gaan kijken hoe een block en tackle werkt, en onderzoek ook verschillende andere krachtvermenigvuldigende apparaten!

Het blok en de aanpak begrijpen

Stel je voor dat je de opstelling van een gewicht van 100 pond (45,4 kilogram) hebt opgehangen aan een touw, zoals hier getoond.

In deze figuur is als je het gewicht in de lucht wilt laten hangen, moet je een opwaartse kracht van 100 pond op het touw uitoefenen. Als het touw 100 voet (30,5 meter) lang is en u wilt het gewicht 100 voet omhoog tillen, je moet 100 voet touw trekken om het te doen. Dit is eenvoudig en duidelijk.

Stel je nu voor dat je een katrol aan de mix toevoegt.

Verandert dit iets? Niet echt. Het enige dat verandert is de richting van de kracht die je moet uitoefenen om het gewicht op te tillen. Je moet nog steeds 100 pond kracht uitoefenen om het gewicht op peil te houden, en je moet nog steeds 100 voet touw inrollen om het gewicht 100 voet op te tillen.

De volgende afbeelding toont de opstelling na het toevoegen van een tweede katrol:

Deze regeling verandert de zaken in feite op een belangrijke manier. Je kunt zien dat het gewicht nu wordt opgehangen door twee katrollen in plaats van één. Dat betekent dat het gewicht gelijkelijk over de twee katrollen wordt verdeeld, dus elk draagt ​​slechts de helft van het gewicht, of 50 pond (22,7 kilogram). Dat betekent dat als je het gewicht in de lucht wilt houden, je hoeft maar 50 pond kracht uit te oefenen (het plafond oefent de andere 50 pond kracht uit op het andere uiteinde van het touw). Als je het gewicht 100 voet hoger wilt tillen, dan moet je twee keer zoveel touw oprollen. Er moet 0-200 voet touw worden ingetrokken. Dit toont een compromis tussen kracht en afstand. De kracht is gehalveerd, maar de afstand die het touw moet worden getrokken is verdubbeld.

Het volgende diagram voegt een derde en vierde katrol toe aan de opstelling:

In dit schema is de katrol die aan het gewicht is bevestigd, bestaat eigenlijk uit twee afzonderlijke katrollen op dezelfde as, zoals rechts getoond. Deze opstelling halveert de kracht en verdubbelt de afstand opnieuw. Om het gewicht in de lucht te houden, moet je slechts 25 pond kracht uitoefenen, maar om het gewicht 100 voet hoger in de lucht te tillen, moet u nu 400 voet touw oprollen.

Een blok en takel kan zoveel katrollen bevatten als je wilt, hoewel op een gegeven moment de hoeveelheid wrijving in de poelie-assen een belangrijke bron van weerstand begint te worden.

Andere compromissen tussen kracht en afstand

Je komt in allerlei eenvoudige machines in aanraking met kracht/afstand-afwegingen. Bijvoorbeeld, een hefboom is een voorbeeld van dit fenomeen:

In dit diagram wordt een kracht F uitgeoefend op het linkeruiteinde van de hendel. Het linker uiteinde van de hendel is twee keer zo lang (2X) als het rechter uiteinde (X). Daarom is aan het rechteruiteinde van de hendel een kracht van 2F beschikbaar, maar het werkt over de helft van de afstand (Y) die het linkeruiteinde beweegt (2Y). Door de relatieve lengte van het linker- en rechteruiteinde van de hendel te wijzigen, worden de vermenigvuldigers gewijzigd.

Versnellingen kunnen hetzelfde doen:

In dit diagram heeft het linker tandwiel twee keer de diameter van het rechter tandwiel. Voor elke draai van de linker versnelling, de rechter versnelling draait twee keer. Als u een bepaalde hoeveelheid koppel door één omwenteling op de linker versnelling uitoefent, de rechter versnelling zal de helft van het koppel uitoefenen, maar zal twee omwentelingen draaien.

Een ander goed voorbeeld is een eenvoudig hydraulisch systeem, zoals hieronder weergegeven:

Stel dat je twee cilinders vol water hebt met een pijp die de twee cilinders met elkaar verbindt, zoals weergegeven. Als u een kracht F uitoefent op de linker plunjer, het creëert een druk in de linker cilinder. Laten we zeggen dat u een neerwaartse kracht van 10 pond uitoefent op de linker cilinder. Laten we ook zeggen dat de straal van de linker cilinder 0,57 inch is. Daarom, het gebied van de linker zuiger is Pi * 0,57 * 0,57 =1 vierkante inch. Als de straal van de rechter cilinder 4 keer groter is, of 2,28 inch, dan is het gebied van de rechterzuiger 16 vierkante inch, of 16 keer groter. Als je de linkerzuiger 16 inch naar beneden duwt met een kracht van 10 pond, dan zal de rechter zuiger 1 inch stijgen met een kracht van 160 pond. Alle soorten hydraulische cilinders profiteren elke dag van dit eenvoudige krachtvermenigvuldigende effect.

Je kunt zien dat een blok en tackel, een hendel, een tandwieltrein en een hydraulisch systeem doen allemaal hetzelfde:ze laten je een kracht vergroten door de afstand waarover de vergrote kracht kan werken proportioneel te verkleinen. Het blijkt dat dit soort krachtvermenigvuldiging een buitengewoon nuttige mogelijkheid is! Hier zijn enkele van de apparaten die deze eenvoudige principes gebruiken:

  • Autokrik (hendel of tandwiel)
  • Nagelknipper (hendel)
  • Auto transmissie (versnellingen)
  • Kom langs (blokkeren en tackelen, versnelling)
  • Blikopener (tandwiel, hefboom)
  • Koevoet (hendel)
  • Hamerklauw (hendel)
  • Flesopener (hendel)
  • Auto remmen (hydrauliek)
  • Hydraulische winkellift
  • Lift (blok en takel)
  • Enzovoort...

Oorspronkelijk gepubliceerd:1 april 2000

Veelgestelde vragen over de katrol

Hoe werken katrollen?
Een katrol is een wiel op een as die is ontworpen om te helpen bij het verplaatsen van zware lasten. Met een eenwielige katrol kunt u de richting van de kracht die u moet uitoefenen om de last op te tillen veranderen door naar beneden te trekken om een ​​last omhoog te tillen. evenzo, een tweewielige katrol verdeelt het gewicht gelijk, zodat elk slechts de helft van het gewicht kan dragen, zodat u hetzelfde gewicht kunt tillen met de helft van de kracht.
Waar worden katrollen gebruikt?
Katrollen hebben verschillende toepassingen in vele industrieën. Veelvoorkomende voorbeelden zijn constructiekatrollen, die worden gebruikt om zware materialen op te tillen en te verplaatsen; theatergordijnen en jaloezieën; en veel fitnessapparatuur.
Is een kraan een katrol?
Een kraan is een machine die katrollen en kabels gebruikt om op te tillen, verplaatsen en laten zakken van zware materialen. Terwijl kranen katrollen gebruiken voor hun hoofdfunctie, ze zijn zelf geen katrollen.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Dagelijkse wetenschap:uitrustingsquiz
  • Hoe versnellingen werken
  • Hoe radiaalmotoren werken
  • Hoe tweetaktmotoren werken
  • Hoe lagers werken

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. De effecten van ultraviolette straling op gist
  2. Wat zijn de functies van ureum?
  3. Hoe hoogte te bepalen via het skelet
  4. Voors en tegens van Cloning Plants & Animals
  5. Waar zijn spiervezels van gemaakt?
  6. Wat is de eerste stap in een polymerasekettingreactie?
  7. Wat is een organel in een cel?
  8. Denk je dat je een hersenschudding hebt? Een bloedtest kan het diagnosticeren
  9. Welke conclusies kunnen worden getrokken uit de overeenkomsten van de genetische code tussen levende organismen?

    Als je door het park loopt en een straathond door het gras ziet rennen, is het niet zo moeilijk om delen van het erfgoed te identificer

Wetenschap