Η τροχαλία είναι μια απλή μηχανή που σχεδιάστηκε στην αρχαιότητα, αλλά εξακολουθεί να είναι η βάση πολλών σύγχρονων μηχανημάτων. Είναι ουσιαστικά ένας τροχός μέσω του οποίου τυλίγεται ένα σχοινί ή άλλο κορδόνι. Το ένα άκρο του σχοινιού είναι συνήθως αγκυρωμένο σε ένα βάρος ή άλλο φορτίο και όταν το ελεύθερο άκρο έλκεται – συνήθως από ένα άτομο, αλλά πιθανώς και από μια μηχανή – ο τροχός αλλάζει την κατεύθυνση της ασκούμενης δύναμης και το κάνει πολύ πιο απλό σηκώστε το συνημμένο βάρος. Αυτός ο τύπος εργαλείου διατίθεται σε πολλά διαφορετικά μεγέθη και συγκεκριμένες ποικιλίες, αλλά σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις ο στόχος είναι ο ίδιος, δηλαδή, να διευκολύνει την ανύψωση βαρέων αντικειμένων και να διοχετεύσει πιο αποτελεσματικά την ενέργεια.
Βασικά συστατικά
Οι μηχανικοί μιλούν γενικά για «απλές μηχανές» σε έξι διαφορετικές κατηγορίες: κεκλιμένα επίπεδα, μοχλοί, βίδες, σφήνες, τροχοί και άξονες και τροχαλίες. Όλα αποτελούνται από βασικά, καθημερινά εξαρτήματα και όλα κάνουν την εργασία των ανθρώπων πιο απλή με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Οι τροχαλίες συνήθως ασχολούνται περισσότερο με την ανύψωση και τη μετακίνηση μεγάλων αντικειμένων.
Στην πιο βασική του μορφή, αυτό το εργαλείο αποτελείται από κάτι περισσότερο από έναν τροχό με ένα αυλάκι. Ένα σχοινί, ζώνη ή καλώδιο τρέχει μέσα στην αυλάκωση. Αυτός ο μηχανισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνος του ή να συνδεθεί με άλλους σε ένα σύστημα τροχαλίας. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των τροχαλιών στο σύστημα, τόσο λιγότερη δύναμη θα χρειαστεί για την ανύψωση του αντικειμένου.
Τύποι Συστήματος
Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι συστημάτων: (1) σταθερό, με σταθερό άξονα. (2) κινητό, με ελεύθερο άξονα. και (3) σύνθετο, με συνδυασμό σταθερών και κινητών αξόνων Οι κινητοί και σύνθετοι άξονες, πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη, τείνουν να είναι πιο αποτελεσματικοί από τα σταθερά συστήματα.
Τα εργαλεία τροχού και σχοινιού μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με άλλα εργαλεία για πιο συγκεκριμένους σκοπούς. Το λεγόμενο «σύστημα ιμάντα και τροχαλίας» είναι ένα παράδειγμα. Αυτά τείνουν να είναι «κλειστά» συστήματα στα οποία αρκετοί αυλακωτοί τροχοί συνδέονται με έναν κυκλικό, συνδεδεμένο ιμάντα και έχουν σχεδιαστεί για τη μετάδοση και την ενίσχυση της ενέργειας και όχι για την ευθεία ανυψωτική δύναμη.
Πλεονέκτημα ανύψωσης
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μηχανής είναι η δυνατότητα μετακίνησης βαρέων αντικειμένων και διοχέτευσης ενέργειας ανύψωσης χωρίς να ασκείται μεγάλη δύναμη. Γενικά, όσο πιο βαρύ είναι το αντικείμενο τόσο περισσότερη δύναμη πρέπει να ασκήσει ένα άτομο για να το μετακινήσει. Διοχέτευση αυτής της ενέργειας σε ένα σχοινί και γύρω από έναν τροχό — ή σειρά τροχών, ανάλογα με το βάρος του αντικειμένου &madash; μπορεί να κάνει τη συνολική προσπάθεια, η οποία είναι κοινώς γνωστή ως «πλεονέκτημα ανύψωσης», πολύ πιο αποτελεσματική.
Για παράδειγμα, ένα άτομο θα χρειαστεί συνήθως να ασκήσει περίπου 10 κιλά δύναμης για να σηκώσει ένα βάρος 4.5 λιβρών (10 κιλών) και στις περισσότερες περιπτώσεις αυτή η δύναμη θα πρέπει να ασκηθεί με ευθεία προς τα πάνω κίνηση. Εάν το βάρος είναι στερεωμένο σε μια τροχαλία, το άτομο θα πρέπει να εξακολουθήσει να ασκεί την ίδια ποσότητα μετρούμενης δύναμης, αλλά η κατεύθυνση που πρέπει να ασκηθεί αλλάζει. Μόλις συνδεθεί στο σύστημα σχοινιού, το άτομο πρέπει να τραβήξει προς τα κάτω αντί να σηκωθεί. Αυτό κάνει πιο αποτελεσματική χρήση του σωματικού βάρους και της προσπάθειας του ατόμου.
Όσο περισσότεροι τροχοί υπάρχουν σε ένα δεδομένο σύστημα, τόσο πιο αποδοτικό είναι πιθανό να είναι. Εάν το βάρος συνδέεται με δύο συστήματα, για παράδειγμα, το άτομο θα χρειαστεί να ασκήσει μόνο 5 λίβρες (2.26 κιλά) δύναμης. Τέσσερα θα απαιτήσουν 2.5 (1.13 κιλά) λίβρες δύναμης και ούτω καθεξής.
Κοινά Παραδείγματα
Αυτά τα εργαλεία μπορούν να βρεθούν σε πολλές σύγχρονες ρυθμίσεις. Οι ανελκυστήρες είναι ίσως ένας από τους πιο συνηθισμένους: αν και δεν φαίνονται εξωτερικά, τα μεγάλα συστήματα περιστρεφόμενων τροχών και καλωδίων βοηθούν τα αυτοκίνητα να κινούνται πάνω-κάτω. Στις περισσότερες περιπτώσεις ελέγχονται από υπολογιστές και ανυψώνονται μέσω μηχανικών μέσων και όχι μέσω ανθρώπινου δυναμικού, αλλά η απόδοση είναι η ίδια. Πολλοί κινητήρες αυτοκινήτων εξαρτώνται επίσης από συστήματα με ιμάντα για να βοηθήσουν στη μεταφορά ενέργειας από τον κινητήρα στους άξονες των τροχών και σε άλλα κινούμενα μέρη. Τα ιστιοπλοϊκά τα χρησιμοποιούν συχνά για να ελέγξουν την ένταση στα πανιά, και είναι κοινά σε γερανούς και άλλα μηχανήματα, επίσης.