Шкив — это простая машина, которая была разработана в древние времена, но до сих пор является основой многих современная техника. По сути, это колесо, через которое наматывается веревка или другой шнур. Один конец веревки обычно прикрепляют к грузу или другому грузу, а когда свободный конец тянется — обычно человеком, но, возможно, и машиной — колесо меняет направление приложенной силы, что значительно упрощает ее перемещение. поднять прикрепленный груз. Этот тип инструмента бывает разных размеров и видов, но почти во всех случаях цель одна и та же, а именно облегчить подъем тяжелых предметов и более эффективно направить энергию.
Инженеры обычно говорят о «простых машинах» в шести различных категориях: наклонные плоскости, рычаги, винты, клинья, колеса и оси и шкивы. Все они состоят из основных, повседневных компонентов и так или иначе упрощают работу человека. Шкивы обычно больше всего связаны с подъемом и перемещением крупных предметов.
В своей самой простой форме этот инструмент представляет собой нечто большее, чем колесо с канавкой. Внутри канавки проходит веревка, ремень или кабель. Этот механизм можно использовать отдельно или соединить с другими в системе шкивов. Чем больше шкивов в системе, тем меньшая сила потребуется для подъема объекта.
Существует три основных типа систем: (1) фиксированная с фиксированной осью; (2) подвижные, со свободной осью; и (3) составные, с комбинацией фиксированных и подвижных осей. Подвижные и составные оси, увеличивая силу, имеют тенденцию быть более эффективными, чем фиксированные системы.
Колесно-канатные инструменты также можно использовать в сочетании с другими инструментами для более конкретных целей. Одним из примеров является так называемая «система ремня и шкива». Это, как правило, «закрытые» системы, в которых несколько колес с желобками соединены одним круговым соединенным ремнем, и предназначены для передача и усиление энергии, а не прямая подъемная сила.
Одним из самых больших преимуществ этого типа машин является способность перемещать тяжелые предметы и направлять подъемную энергию без приложения больших усилий. Как правило, чем тяжелее объект, тем большую силу должен приложить человек, чтобы его сдвинуть. Направление этой энергии вверх по веревке и вокруг колеса или ряда колес, в зависимости от веса объекта &madash; может сделать общее усилие, которое обычно называют «подъемным преимуществом», гораздо более эффективным.
Например, человеку, как правило, необходимо приложить силу около 10 фунтов (4,5 кг), чтобы поднять вес в 10 фунтов (4,5 кг), и в большинстве случаев эту силу нужно будет прикладывать прямо вверх. Если груз прикреплен к шкиву, человеку все равно нужно будет приложить такое же количество измеряемой силы, но направление, в котором оно должно быть приложено, меняется. После прикрепления к веревочной системе человек должен тянуть вниз, а не поднимать вверх. Это позволяет более эффективно использовать вес тела и нагрузку человека.
Чем больше колес в данной системе, тем эффективнее она будет. Например, если вес прикреплен к двум системам, человеку потребуется усилие всего 5 фунтов (2,26 кг). Четыре потребуют 2,5 (1,13 кг) фунта силы и так далее.
Эти инструменты можно найти во многих современных условиях. Лифты, пожалуй, одни из самых распространенных: хотя они не видны снаружи, большие системы вращающихся колес и тросов помогают автомобилям двигаться вверх и вниз. В большинстве случаев они контролируются компьютерами и поднимаются с помощью механических средств, а не рабочей силы, но эффективность одинакова. Многие автомобильные двигатели также зависят от ременных систем, которые помогают передавать энергию от двигателя к колесным валам и другим движущимся частям. Парусники часто используют их для контроля натяжения парусов, а также в кранах и других механизмах.
