O fulie fixă schimbă direcția.

Un scripete este o roată care ghidează un cablu sau un element flexibil similar. Într-un sistem ideal cu scripete fix, tragerea în jos poate ridica o sarcină, dar forța necesară în cablu este egală cu greutatea sarcinii.

Direcția este mai convenabilă; forța nu a fost redusă. Cablul se deplasează pe aceeași distanță ca sarcina.

O fulie mobilă poate împărți sarcina.

Când un scripete se deplasează cu sarcina și este susținut de două segmente verticale de cablu, fiecare segment contribuie cu o tensiune în sus. Pentru tensiuni egale ideale, fiecare asigură jumătate din forța totală de susținere.

Acest model presupune un cablu și o rolă fără masă, lipsa frecării și a accelerației. Trebuie susținute și greutatea rolei mobile reale și celelalte efecte.

Mai puțină forță înseamnă o deplasare mai mare a cablului.

Fulie fixă: schimbați direcția.

Fulie fixă cu un singur segment de cablu de susținereO axă fixă este prinsă de plafon. Cablul urcă de la sarcină, trece peste roată și coboară la capătul liber. O tensiune T în sus susține greutatea W; un efort egal T în jos trage capătul liber.TTW123
  1. Ax fix. Fulia rămâne pe loc și redirecționează cablul.
  2. Sarcină: W = 1,000 N. Un singur segment de cablu o susține, așadar T = 1,000 N în acest exemplu ideal.
  3. Trage în jos 1 m. Sarcina se ridică 1 m. Lucru mecanic de intrare: 1,000 N × 1 m = 1,000 J.

Fulie mobilă: împărțiți sarcina.

Fulie mobilă cu două segmente de cablu de susținereUn capăt al cablului este ancorat de plafon. Cablul coboară în jurul scripetelui mobil și revine în sus la capătul liber. Axa scripetelui poartă sarcina. Două tensiuni verticale T susțin greutatea W, astfel că doi T sunt egali cu W.TTTW123
  1. Ancoră fixă a cablului. Acest capăt rămâne fixat de suportul superior.
  2. Fulia se deplasează împreună cu sarcina. Două segmente verticale susțin W = 1,000 N. Aici 2T = W, deci fiecare T = 500 N.
  3. Trage în sus 2 m. Sarcina se ridică 1 m. Lucru mecanic de intrare: 500 N × 2 m = 1,000 J.
T înseamnă tensiunea din cablu; W înseamnă greutatea sarcinii. Săgețile portocalii arată forțe, nu distanțe. Mișcare uniformă ideală: cablul și scripeții nu au masă, frecare sau întindere. Un scripete fix poate redirecționa în jos capătul liber al celui de-al doilea aranjament fără a-i modifica raportul 2:1.

Lucrul mecanic este forța înmulțită cu distanța în direcția forței. Înjumătățirea forței și dublarea deplasării păstrează același lucru mecanic.

Numărați segmentele de susținere, nu roțile.

Avantajul mecanic depinde de configurație. Rolele fixe suplimentare pot doar redirecționa cablul și adăuga pierderi; simpla numărare a tuturor roților dă un răspuns greșit.

Dacă segmentele de susținere sunt înclinate, numai componentele ascendente ale forțelor lor susțin sarcina. Exemplul simplu cu două segmente presupune că acestea sunt verticale.

Configurația cablurilor schimbă relația cu mașina.

Într-o configurație simplă de suspensie 2:1, cablul parcurge o distanță dublă față de cabină. Viteza cablului la mașină diferă, așadar, de viteza cabinei.

Raportul de suspendare este o parte a proiectării, alături de echilibrarea contragreutății, tracțiune și masele în mișcare. Exemplul explică raportul; nu determină tensiunile din cabluri sau dimensiunea motorului unui ascensor real.

O privire mai atentă

Sistemele reale necesită mai mult lucru mecanic la intrare decât lucrul util la ieșire, deoarece lagărele, îndoirea cablului și alte efecte introduc pierderi. Avantajul mecanic schimbă forța contra distanței; nu elimină niciodată necesarul de energie.

Verificați ce ați înțeles

Adăugarea unei fulii fixe înjumătățește întotdeauna efortul?

Arată explicația

Nu. O rolă fixă poate schimba doar direcția efortului. Avantajul mecanic depinde de modul în care este susținută sarcina mobilă.

Lecturi suplimentare.

Lecturi opționale pentru aprofundarea acestei lecții.

  • OpenStax: mașini simple și fulii

    În secțiunea 9.5, mergeți la configurațiile cu role de aproape de sfârșit. Comparați segmentele de cablu care susțin sarcina și avantajul mecanic; aceste diagrame folosesc sisteme idealizate, fără frecare.