Una puleggia è una macchina semplice che è stata progettata in tempi antichi, ma è ancora la base di molti macchinari moderni. È essenzialmente una ruota attraverso la quale è avvolta una corda o un altro cavo. Un’estremità della fune è solitamente ancorata a un peso o altro carico, e quando l’estremità libera viene tirata — di solito da una persona, ma forse anche da una macchina — la ruota cambia la direzione della forza applicata e lo rende molto più semplice da sollevare il peso attaccato. Questo tipo di strumento è disponibile in diverse dimensioni e varietà specifiche, ma in quasi tutti i casi l’obiettivo è lo stesso, ovvero rendere più facile il sollevamento di oggetti pesanti e incanalare l’energia in modo più efficiente.
Componenti di base
Gli ingegneri generalmente parlano di “macchine semplici” in sei diverse categorie: piani inclinati, leve, viti, cunei, ruote e assi e pulegge. Tutti sono fatti di componenti di base e di uso quotidiano e tutti rendono il lavoro umano più semplice in un modo o nell’altro. Le pulegge sono solitamente più interessate al sollevamento e allo spostamento di oggetti di grandi dimensioni.
Nella sua forma più elementare, questo strumento è costituito da poco più di una ruota con una scanalatura. Una corda, una cintura o un cavo scorre all’interno della scanalatura. Quel meccanismo può essere utilizzato da solo o collegato ad altri in un sistema di pulegge. Maggiore è il numero di pulegge nel sistema, minore sarà la forza necessaria per sollevare l’oggetto.
Tipi di sistema
Esistono tre tipi fondamentali di sistema: (1) fisso, con un asse fisso; (2) mobile, con un asse libero; e (3) composto, con una combinazione di assi fissi e mobili Gli assi mobili e composti, moltiplicando la forza, tendono ad essere più efficienti dei sistemi fissi.
Gli strumenti a ruota e fune possono essere utilizzati anche in combinazione con altri strumenti per scopi più specifici. Il cosiddetto “sistema di cinghie e pulegge” ne è un esempio. Questi tendono ad essere sistemi “chiusi” in cui diverse ruote scanalate sono collegate da una cinghia circolare collegata e sono progettate per la trasmissione e l’amplificazione di energia piuttosto che per la forza di sollevamento rettilinea.
Vantaggio di sollevamento
Uno dei maggiori vantaggi di questo tipo di macchina è la capacità di spostare oggetti pesanti e incanalare l’energia di sollevamento senza esercitare molta forza. In generale, più l’oggetto è pesante, maggiore è la forza che una persona deve esercitare per spostarlo. Incanalare quell’energia su una corda e attorno a una ruota — o serie di ruote, a seconda del peso dell’oggetto &madash; può rendere lo sforzo complessivo, comunemente noto come “vantaggio di sollevamento”, molto più efficiente.
Ad esempio, una persona in genere dovrà esercitare una forza di circa 10 libbre (4.5 chilogrammi) per sollevare un peso di 10 libbre (4.5 kg), e nella maggior parte dei casi tale forza dovrà essere applicata con un movimento verso l’alto. Se il peso è attaccato a una puleggia, la persona dovrà comunque esercitare la stessa quantità di forza misurata, ma la direzione in cui deve essere esercitata cambia. Una volta attaccata al sistema di funi, la persona deve tirare verso il basso anziché sollevarsi. Questo rende l’uso più efficiente del peso corporeo e dello sforzo dell’individuo.
Più ruote ci sono in un dato sistema, più è probabile che sia efficiente. Se il peso è attaccato a due sistemi, ad esempio, la persona dovrà esercitare solo 5 libbre (2.26 kg) di forza. Quattro richiederanno 2.5 (1.13 kg) di forza e così via.
Esempi comuni
Questi strumenti possono essere trovati in molte impostazioni moderne. Gli ascensori sono forse uno dei più comuni: anche se non si vedono dall’esterno, grandi sistemi di ruote piroettanti e cavi aiutano le auto a muoversi su e giù. Nella maggior parte dei casi questi sono controllati da computer e vengono sollevati tramite mezzi meccanici piuttosto che manodopera, ma l’efficienza è la stessa. Molti motori per auto dipendono anche da sistemi a cinghia per aiutare a trasferire l’energia dal motore agli alberi delle ruote e ad altre parti mobili. Le barche a vela li usano spesso per controllare la tensione delle vele e sono comuni anche nelle gru e in altri macchinari.