Lợi thế cơ học của ròng rọc là gì?
Hệ ròng rọc (hay pa lăng) giúp nâng vật nặng dễ dàng hơn bằng cách đánh đổi quãng đường lấy lực. Lợi thế cơ học (MA) cho biết hệ thống nhân lực kéo của bạn lên bao nhiêu lần. Với một hệ pa lăng lý tưởng, MA bằng đúng số đoạn dây trực tiếp đỡ ròng rọc động — tức là phần mang tải trọng.
Cách sử dụng máy tính
Hãy nhập số đoạn dây chịu lực (đếm từng đoạn dây kéo lên trên ròng rọc động) và trọng lượng của vật tính bằng newton (N). Máy tính sẽ cho ra lợi thế cơ học cùng với lực bạn cần tác dụng để giữ hoặc nâng vật lên từ từ. Nếu cần, hãy nhân khối lượng tính bằng kilôgam với 9,81 để đổi sang newton.
Giải thích công thức
Hai công thức rất đơn giản:
$$\text{MA} = \text{Segments} \qquad \text{Effort} = \frac{\text{Load (N)}}{\text{Segments}}$$với N là số đoạn dây chịu lực, và Lực kéo = Tải trọng ÷ MA. Vì năng lượng được bảo toàn, đoạn dây bạn kéo phải đi xa gấp N lần so với độ cao mà vật được nâng lên. Đây là trường hợp lý tưởng, không có ma sát — trên thực tế bạn sẽ phải tốn thêm chút lực để thắng ma sát và độ cứng của dây.
Ví dụ minh họa
Giả sử một hệ thống có 4 đoạn dây chịu lực và bạn muốn nâng vật nặng 1000 N. Lợi thế cơ học sẽ là \(\text{MA} = 4\). Lực cần thiết là
$$1000 \div 4 = 250 \text{ N}$$Khi đó, bạn phải kéo 4 mét dây cho mỗi 1 mét vật được nâng lên.
Câu hỏi thường gặp
Làm sao để đếm các đoạn dây chịu lực? Chỉ đếm những đoạn dây kéo lên trên ròng rọc động đang giữ tải trọng. Những đoạn dây dẫn tới ròng rọc cố định chỉ dùng để đổi hướng thì không tính vào MA.
Thêm ròng rọc có luôn giúp giảm lực không? Về mặt lý tưởng là có, nhưng mỗi ròng rọc lại làm tăng ma sát và trọng lượng, nên vượt quá một ngưỡng nhất định thì lợi ích thực tế sẽ giảm dần.
Chiều dài dây có bị ảnh hưởng không? Có — MA càng lớn thì bạn càng phải kéo nhiều dây hơn để di chuyển vật được một quãng đường nhất định.
