Overweeg een wolkenkrabber te bouwen. Of zelfs gewoon een huis met twee verdiepingen. Om de top te bereiken zijn grote hoeveelheden zware stenen en beton nodig. Er is geen elektrische kraan. wat doe je
In het verleden was het antwoord een katrolsysteem. Het is niet mooi. Het was vermoeiend. Maar het werkte. De meeste mensen missen dit. Moderne vrachtwagenkranen gebruiken nog steeds exact hetzelfde principe. Het is door de eeuwen heen niet veranderd.
Het woord “katrol” komt van het Duitse woord “Flaschenzug”. Als je dit ziet, denk je misschien aan een glazen fles. dat is het niet. In dit geval is de “fles” (Flasche) eenvoudigweg de behuizing van een of meer wielen of rollen. Wikkel het touw eromheen. dat is het. Eenvoudige geometrische vormen doen het zware werk.
De eenvoudige katrol uitgelegd
Laten we eens kijken naar de basisinstellingen. Stel je voor dat je twee wielen hebt.
Eén wiel is bevestigd aan een balk erboven. Het beweegt niet. Het andere wiel zit los. Het hangt naar beneden. Bevestig een zwaar voorwerp zoals een steen, balk of persoon aan de losse onderste wielen.
Neem nu het touw. Bind het ene uiteinde vast aan het vaste bovenste wiel. Trek het touw onder het losse wiel naar beneden en terug over het vaste wiel. Vanaf het bovenste wiel hangt het touw naar beneden. Dit is de plek om te trekken.
Je kunt je spieren gebruiken om te trekken. Of een paard. Of een koe. Of de motor. De bron van de kracht verandert niets aan de principes van de natuurkunde.
De wiskunde van inspanning
Dit is waar het interessant wordt. Laten we zeggen dat je het touw naar beneden trekt. Je trekt hem precies twee meter uit. Deze trekafstand wordt de inspanningsafstand genoemd (oorspronkelijk Kraftweg ).
Hoeveel belasting kan het hebben?
1 meter.
Slechts één.
Waarom? Omdat het touw tussen de twee wielen dubbelgevouwen is. De spanning in het touw ondersteunt het gewicht. De belasting wordt verdeeld over de twee delen van het touw. Daarom moet voor elke meter stijging 2 meter touw worden getrokken.
Dit is geen bug. Dit is een functie.
De gouden regel van de mechanica
Dit compromis volgt wat natuurkundigen de ‘Gouden Regel van de Mechanica’ noemen.
De regels zijn eenvoudig. Je kunt niets gratis krijgen. Als u de kracht die nodig is om te tillen wilt verminderen, moet u een afstandsboete betalen.
Je geeft afstand op om kracht te winnen.
Als je het touw twee keer zo ver trekt als de last, is er slechts de helft van de kracht nodig om de last op te tillen. Als de steen 1000 kilogram weegt, hoef je alleen de kracht te gebruiken die overeenkomt met het tillen van 500 kilogram. Het is nog steeds erg zwaar. Maar het kan verhoogd worden.
Zonder dit mechanische voordeel zouden veel bouwtaken onmogelijk zijn. We vertrouwen op deze eenvoudige opstelling van wielen en touwen om objecten te verplaatsen die anders zouden moeten worden verpletterd. Dit is geen magie. Het is gewoon geometrie. En het houdt onze gebouwen vandaag de dag nog steeds tegen.
