Eine Riemenscheibe ist eine einfache Maschine, die in der Antike entworfen wurde, aber immer noch die Grundlage vieler moderner Maschinen ist. Es ist im Wesentlichen ein Rad, durch das ein Seil oder eine andere Schnur gewickelt wird. Ein Ende des Seils ist normalerweise an einem Gewicht oder einer anderen Last verankert, und wenn das freie Ende gezogen wird – normalerweise von einer Person, aber möglicherweise auch von einer Maschine – ändert das Rad die Richtung der ausgeübten Kraft und macht es viel einfacher, heben Sie das angehängte Gewicht an. Diese Art von Werkzeug gibt es in verschiedenen Größen und spezifischen Varianten, aber in fast allen Fällen ist das Ziel das gleiche, nämlich das Heben schwerer Gegenstände zu erleichtern und die Energie effizienter zu leiten.
Grundlegende Komponenten
Ingenieure sprechen im Allgemeinen von „einfachen Maschinen“ in sechs verschiedenen Kategorien: schiefe Ebenen, Hebel, Schrauben, Keile, Räder und Achsen sowie Riemenscheiben. Alle bestehen aus einfachen, alltäglichen Komponenten und machen die Arbeit des Menschen auf die eine oder andere Weise einfacher. Riemenscheiben sind normalerweise am meisten damit beschäftigt, große Gegenstände zu heben und zu bewegen.
In seiner einfachsten Form besteht dieses Werkzeug aus kaum mehr als einem Rad mit einer Nut. In der Nut verläuft ein Seil, ein Riemen oder ein Kabel. Dieser Mechanismus kann allein verwendet oder mit anderen in einem Flaschenzugsystem verbunden werden. Je größer die Anzahl der Rollen im System ist, desto weniger Kraft ist erforderlich, um das Objekt anzuheben.
Systemtypen
Es gibt drei Grundtypen von Systemen: (1) fest, mit fester Achse; (2) beweglich, mit freier Achse; und (3) Verbundachsen mit einer Kombination aus festen und beweglichen Achsen Bewegliche und Verbundachsen neigen durch Multiplizieren der Kraft dazu, effizienter zu sein als feste Systeme.
Rad- und Seilwerkzeuge können auch in Kombination mit anderen Werkzeugen für spezifischere Zwecke verwendet werden. Das sogenannte „Riemen- und Riemenscheibensystem“ ist ein Beispiel. Dies sind in der Regel „geschlossene“ Systeme, bei denen mehrere Rillenräder durch einen kreisförmigen, verbundenen Riemen verbunden sind und eher auf die Übertragung und Verstärkung von Energie als auf die reine Hubkraft ausgelegt sind.
Hebevorteil
Einer der größten Vorteile dieses Maschinentyps ist die Fähigkeit, schwere Gegenstände zu bewegen und die Hebeenergie ohne großen Kraftaufwand zu kanalisieren. Im Allgemeinen gilt: Je schwerer das Objekt, desto mehr Kraft muss eine Person aufwenden, um es zu bewegen. Leiten dieser Energie ein Seil hinauf und um ein Rad herum – oder eine Reihe von Rädern, abhängig vom Gewicht des Objekts &madash; kann die Gesamtbelastung, die allgemein als „Hebevorteil“ bezeichnet wird, viel effizienter machen.
Zum Beispiel muss eine Person normalerweise etwa 10 kg Kraft aufwenden, um ein Gewicht von 4.5 kg zu heben, und in den meisten Fällen muss diese Kraft in einer geraden Aufwärtsbewegung ausgeübt werden. Wenn das Gewicht an einer Rolle befestigt ist, muss die Person immer noch die gleiche gemessene Kraft aufbringen, aber die Richtung, in die sie ausgeübt werden muss, ändert sich. Einmal am Seilsystem befestigt, muss die Person nach unten ziehen, anstatt sie anzuheben. Dadurch werden das Körpergewicht und die Anstrengung des Einzelnen effizienter genutzt.
Je mehr Räder in einem bestimmten System vorhanden sind, desto effizienter ist es wahrscheinlich. Wenn das Gewicht beispielsweise an zwei Systemen befestigt ist, muss die Person nur 5 kg Kraft aufwenden. Vier erfordern eine Kraft von 2.26 (2.5 kg) und so weiter.
Allgemeine Beispiele
Diese Tools sind in vielen modernen Umgebungen zu finden. Aufzüge sind vielleicht eine der gebräuchlichsten: Obwohl sie von außen nicht zu sehen sind, helfen große Systeme aus durchdrehenden Rädern und Kabeln den Autos, sich auf und ab zu bewegen. In den meisten Fällen werden diese von Computern gesteuert und durch mechanische Mittel und nicht durch Personal angehoben, aber die Effizienz ist dieselbe. Viele Automotoren sind auch auf Riemensysteme angewiesen, um Energie vom Motor zu den Radwellen und anderen beweglichen Teilen zu transportieren. Segelboote verwenden sie häufig, um die Spannung in den Segeln zu kontrollieren, und sie sind auch bei Kränen und anderen Maschinen üblich.