Un semplice sistema di pulegge. Se hai mai guardato l'estremità di una gru, o se hai mai usato un paranco motore o un come-along, o se hai mai guardato il sartiame su una barca a vela, allora hai visto un blocco e un placcaggio al lavoro. Un blocco e un placcaggio è una disposizione di funi e pulegge che ti consente di scambiare la forza per la distanza. In questa edizione di Come funzionano le cose vedremo come funziona un blocco e un placcaggio, ed esamina anche molti altri dispositivi di moltiplicazione della forza!
Immagina di avere la disposizione di un peso di 100 libbre (45,4 chilogrammi) sospeso da una corda, come mostrato qui.
In questa figura, se hai intenzione di sospendere il peso in aria, devi applicare una forza verso l'alto di 100 libbre alla corda. Se la fune è lunga 100 piedi (30,5 metri) e si desidera sollevare il peso di 100 piedi, devi tirare 100 piedi di corda per farlo. Questo è semplice ed ovvio.
Ora immagina di aggiungere una puleggia al mix.
Questo cambia qualcosa? Non proprio. L'unica cosa che cambia è la direzione della forza che devi applicare per sollevare il peso. Devi ancora applicare 100 libbre di forza per mantenere il peso sospeso, e devi ancora avvolgere 100 piedi di corda per sollevare il peso di 100 piedi.
La figura seguente mostra la disposizione dopo l'aggiunta di una seconda puleggia:
Questa disposizione in realtà cambia le cose in modo importante. Puoi vedere che il peso è ora sospeso da due pulegge anziché da una. Ciò significa che il peso è diviso equamente tra le due pulegge, così ognuno tiene solo la metà del peso, o 50 libbre (22,7 chilogrammi). Ciò significa che se vuoi mantenere il peso sospeso in aria, devi solo applicare 50 libbre di forza (il soffitto esercita le altre 50 libbre di forza sull'altra estremità della corda). Se vuoi sollevare il peso di 100 piedi più in alto, quindi devi avvolgere il doppio della corda 0-200 piedi di corda devono essere tirati dentro. Questo dimostra un compromesso forza-distanza. La forza è stata dimezzata ma la distanza alla quale la fune deve essere tirata è raddoppiata.
Lo schema seguente aggiunge una terza e una quarta puleggia alla disposizione:
In questo diagramma, la puleggia attaccata al peso è in realtà costituita da due pulegge separate sullo stesso albero, come mostrato a destra. Questa disposizione dimezza la forza e raddoppia nuovamente la distanza. Per mantenere il peso in aria devi applicare solo 25 libbre di forza, ma per sollevare il peso di 100 piedi più in alto nell'aria devi ora avvolgere 400 piedi di corda.
Un bozzello e un placcaggio possono contenere tutte le pulegge che vuoi, anche se ad un certo punto la quantità di attrito negli alberi delle pulegge inizia a diventare una significativa fonte di resistenza.
Si entra in contatto con i compromessi forza/distanza in tutti i tipi di macchine semplici. Per esempio, una leva è un esempio di questo fenomeno:
In questo diagramma viene applicata una forza F all'estremità sinistra della leva. L'estremità sinistra della leva è lunga il doppio (2X) dell'estremità destra (X). Quindi all'estremità destra della leva è disponibile una forza di 2F, ma agisce per metà della distanza (Y) di cui si muove l'estremità sinistra (2Y). La modifica delle lunghezze relative dell'estremità sinistra e destra della leva modifica i moltiplicatori.
Gli ingranaggi possono fare la stessa cosa:
In questo diagramma l'ingranaggio sinistro ha il doppio del diametro dell'ingranaggio destro. Per ogni giro della marcia a sinistra, l'ingranaggio destro gira due volte. Se si applica una certa quantità di coppia all'ingranaggio sinistro attraverso una rotazione, l'ingranaggio destro eserciterà la metà della coppia ma compirà due giri.
Un altro buon esempio è un semplice sistema idraulico, come mostrato di seguito:
Supponiamo di avere due cilindri pieni d'acqua con un tubo che collega i due cilindri insieme come mostrato. Se applichi una forza F allo stantuffo sinistro, crea una pressione nel cilindro sinistro. Diciamo che applichi una forza di 10 libbre verso il basso al cilindro di sinistra. Diciamo anche che il raggio del cilindro di sinistra è 0,57 pollici. Perciò, l'area del pistone sinistro è Pi * 0,57 * 0,57 =1 pollice quadrato. Se il raggio del cilindro di destra è 4 volte maggiore, o 2,28 pollici, quindi l'area del pistone destro è di 16 pollici quadrati, o 16 volte maggiore. Se spingi il pistone sinistro verso il basso di 16 pollici con una forza di 10 libbre, quindi il pistone destro si alzerà di 1 pollice con una forza di 160 libbre. I cilindri idraulici di tutti i tipi sfruttano ogni giorno questo semplice effetto di moltiplicazione della forza.
Puoi vedere che un blocco e un placcaggio, una leva, un treno di ingranaggi e un sistema idraulico fanno tutti la stessa cosa:ti permettono di amplificare una forza diminuendo proporzionalmente la distanza attraverso la quale la forza ingrandita può agire. Si scopre che questo tipo di moltiplicazione della forza è una capacità estremamente utile! Ecco alcuni dei dispositivi che utilizzano questi semplici principi:
Pubblicato originariamente:1 aprile 2000
