Cần cẩu

Cần cẩu (từ gốc tiếng Pháp: palan; tiếng Anh: block-and-tackle) là một hệ thống bao gồm hai hoặc nhiều ròng rọc với một sợi dây hoặc cáp đi qua chúng, thường được dùng để nâng các vật nặng.

Các ròng rọc được lắp ráp thành các khối và sau đó các khối được kết nối để một cố định và một chuyển động với tải trọng. Sợi dây đi qua các ròng rọc để tạo ra lợi thế cơ học giúp gia tăng lực tác dụng lên dây.

Người anh hùng xứ Alexandria mô tả những cần cẩu được tạo thành từ các cụm ròng rọc trong thế kỷ thứ nhất. Các phiên bản hình ảnh trong 'Sách về nâng vật nặng' của người anh hùng cho thấy hình ảnh đầu tiên của các hệ thống cần cẩu.

Tổng quan

Một khối là một tập hợp các ròng rọc hoặc bánh răng được gắn trên một khung duy nhất. Một nhóm các khối với một sợi dây đi qua các ròng rọc được gọi là cần cẩu. Cần cẩu gia tăng lực căng của dây để nâng vật nặng. Chúng được sử dụng rộng rãi trên tàu và thuyền buồm, nơi các hoạt động thường được thực hiện bằng tay.

Lợi thế cơ học

Cần cẩu có đặc điểm là sử dụng một sợi dây liên tục để truyền một lực căng xung quanh một hoặc nhiều ròng rọc để nâng hoặc di chuyển tải nặng. Lợi thế cơ học của nó là tỷ lệ phần của sợi dây tác động lên tải. Lợi thế cơ học của cần cẩu là tỷ lệ chuyển động hoặc nâng tải dễ dàng hơn bao nhiêu lần.

Nếu bỏ qua mất mát do ma sát, lợi thế cơ học của cần cẩu bằng với phần dây được gắn vào hoặc chạy qua các khối chuyển động, nói cách khác, số lượng phần dây buộc trên cần cẩu.

Một pa lăng lý tưởng với một khối di chuyển được buộc với n

Xét bộ ròng rọc tạo thành khối di chuyển và các phần của dây hỗ trợ khối này. Nếu có n phần của dây hỗ trợ tải FB, thì cân bằng lực trên pa lăng dẫn đến lực căng trên mỗi phần dây phải là FB/n. Điều này có nghĩa là lực đầu vào trên dây là FA = FB/n. Do đó, pa lăng làm giảm lực kéo đầu vào theo hệ số n.

• Việc tách các ròng rọc trong pa lăng đơn cho thấy sự cân bằng lực dẫn đến lực căng của dây là W/2.
• Việc tách các ròng rọc trong pa lăng kép cho thấy sự cân bằng lực dẫn đến lực căng của dây là W/4.

Lợi thế cơ học lý tưởng tương ứng trực tiếp với tỷ lệ vận tốc. Tỷ lệ vận tốc của pa lăng là tỷ lệ giữa vận tốc của dây kéo và tải trọng kéo. Một pa lăng có lợi thế cơ học là 4 có tỷ lệ vận tốc là 4:1. Nghĩa là, để kéo tải trọng ở tốc độ 1 mét mỗi giây, phần dây kéo phải được di chuyển ở tốc độ 4 mét mỗi giây. Do đó, lợi thế cơ học của một pa lăng kép là 4.