La ruota e l’asse

Una ruota e l’asse sono costituiti da un telaio circolare (la ruota) che ruota su un albero o asta (l’asse). Nella sua prima forma era probabilmente usato per sollevare pesi o secchi d’acqua dai pozzi.

Il suo principio di funzionamento è meglio spiegato da un dispositivo con un ingranaggio grande e un piccolo ingranaggio collegato allo stesso albero. La tendenza di una forza, F, applicata al raggio R sul grande ingranaggio per ruotare l’albero è sufficiente per superare la forza più grande W al raggio r sul piccolo ingranaggio., L’amplificazione della forza, o vantaggio meccanico, è uguale al rapporto tra le due forze (W:F) e anche uguale al rapporto tra i raggi dei due ingranaggi (R:r).

Se gli ingranaggi grandi e piccoli vengono sostituiti con tamburi di grande e piccolo diametro avvolti con corde, la ruota e l’asse diventano in grado di sollevare pesi. Il peso che è sollevato è attaccato alla corda sul piccolo tamburo e l’operatore tira la corda sul grande tamburo. In questa disposizione il vantaggio meccanico è il raggio del grande tamburo diviso per il raggio del piccolo tamburo. Un aumento del vantaggio meccanico può essere ottenuto utilizzando un piccolo tamburo con due raggi, r1 e r2 e un paranco., Quando una forza viene applicata al tamburo grande, la corda sul tamburo piccolo si snoda su D e fuori da d.

Una misura dell’amplificazione della forza disponibile con il sistema pulley-and-rope è il rapporto di velocità, o il rapporto tra la velocità alla quale la forza viene applicata alla corda (VF) e la velocità alla quale il peso viene sollevato (VW). Questo rapporto è uguale al doppio del raggio del tamburo grande diviso per la differenza nei raggi dei tamburi più piccoli D e d. Espressa matematicamente, l’equazione è VF/VW = 2R/(r2 – r1)., Il vantaggio meccanico effettivo W / F è inferiore a questo rapporto di velocità, a seconda dell’attrito. Un grande vantaggio meccanico può essere ottenuto con questa disposizione rendendo i due tamburi più piccoli D e d di raggio quasi uguale.