Phương tiện ròng rọc được tao ra như là một công cụ mang lại khá nhiều lợi ích cho chúng ta. Không chỉ ứng dụng trong đời sống mà ròng rọc còn ứng dụng trong công nghiệp sản xuất, xây dựng. Vậy cấu tạo của ròng rọc như nào? Nguyên lý mà ròng rọc hoạt động ra sao?
1. Ròng rọc là gì?
Ròng rọc là một loại máy cơ đơn giản có cấu tạo từ một bánh xe gắn trục và một sợi dây mềm, dây thừng, dây xích hoặc dây đai trên vành của nó. Ròng rọc được sử dụng đơn lẻ hoặc kết hợp với nhau thành một hệ thống ròng rọc để truyền năng lượng và chuyển động. Người ta sử dụng ròng rọc để trợ lực nâng kéo vật nặng từ dưới lên trên và ngược lại một cách dễ dàng. Nhờ có ròng rọc mà con người tiết kiệm được thời gian và sức lực đáng kể.
Cấu tạo của ròng rọc khá đơn giản, gồm 4 bộ phận chính: bánh xe, trục chính, móc treo cố định, giá kế nối móc treo và trục bánh xe.
Thiết bị nâng kéo sơ khai bao gồm một bánh xe có rãnh điều hướng sợi dây cáp hay có thể sử dụng dây thừng với khả năng chịu đựng sức nặng của vật cần kéo lớn. Bánh xe này được quay quanh trục cố định được gắn với cùng một móc treo.
3. Phân loại ròng rọc:
Có 2 loại ròng rọc cơ bản là ròng rọc cố định và ròng rọc động.
3.1. Ròng rọc cố định:
Ròng rọc cố định gồm một bánh xe có rãnh để vắt dây qua. Trục của bánh xe được mắc cố định, khi kéo dây, bánh xe sẽ quay quanh trục cố định.
Khi cần kéo một vật lên, ta cần tác dụng lực vào đầu dây để kéo chúng lên. Lực tác dụng vào có hướng thay đổi so với hướng của lực tác dụng vào vật giúp kéo vật lên theo phương thẳng đứng, có cường độ lực: F=P. Loại ròng rọc này tuy không được lợi về lực nhưng được lợi về chiều.
Trong cuộc sống hàng ngày, người ta sử dụng loại ròng rọc này để kéo nước giếng từ dưới lên hoặc kéo lá cờ từ trên cao xuống, nâng lá cờ lên.
3.2. Ròng rọc động:
Ròng rọc động bao gồm một bánh xe có rãnh để vắt dây qua. Trục của bánh xe không được mắc cố định, khác với ròng rọc cố định. Bánh xe có móc để treo vật, khi kéo dây, bánh xe sẽ vừa quay vừa chuyển động lên theo vật, có cường độ lực: F<P. Loại ròng rọc này tuy không được lợi về chiều nhưng được lợi về lực. Khi dùng ròng rọc động ta được lợi hai lần về lực nhưng lại mất lợi hai lần về đường: 2F=P.
Người ta áp dụng ròng rọc động vào các công trình để nâng vật liệu nặng từ dưới lên trên cao.
– Ngoài ròng rọc ra, Pa Lăng là sự kết hợp của 2 loại ròng rọc động và ròng rọc cố định. Bộ phận của một ròng rọc đơn giản bao gồm: khối trụ kim loại, giá đỡ, ròng rọc, dây kéo. Pa Lăng giúp đổi hướng về lực nhưng giảm bao nhiêu lần về lực sẽ thiệt về đường đi bấy nhiêu lần.
4. Nguyên lý hoạt động của ròng rọc:
Một ròng rọc có bánh xe cho phép bạn đảo ngược hướng của lực nâng bằng cách kéo xuống một sợi dây, vòng qua bánh xe và nâng trọng lượng của mình lên.Ta càng có nhiều bánh xe và số lần mà mình quấn dây xung quanh chúng, mình càng có thể nâng được nhiều hơn.
Với một ròng rọc hai bánh, mình giảm lực mà mình sử dụng để nâng cùng một trọng lượng. Ta nâng tạ với sức mạnh bằng một nửa. Điều này được gọi là lợi thế cơ học (ME) và ròng rọc hai bánh của bạn cung cấp cho bạn một ME là hai.
Lợi thế của cơ học càng lớn, càng cần ít lực để nâng vật nặng hơn. Càng nhiều bánh xe mà dây có thể quấn quanh, càng nâng được nhiều trọng lượng hơn. Hệ thống ròng rọc loại này thường bao gồm một sợi dây quấn quanh hai trục nhiều lần.
Khi kéo dây, trục dưới và trục trên từ từ xích lại với nhau giúp tăng khả năng nâng vật lên.
– Vật liệu sử dụng cho ròng rọc: gang, thép đúc hoặc thép ép, gỗ và giấy. Vật liệu đúc có đặc tính ma sát và mài mòn tốt. Ròng rọc làm từ thép ép nhẹ hơn ròng rọc đúc, nhưng trong một số trường hợp, chúng ít ma sát hơn và có thể sinh ra mài mòn quá mức.
5. Ưu nhược điểm của ròng rọc:
– Ưu điểm:
+ Dễ lắp ráp, tiết kiệm chi phí.
+ Giữa chúng có một khoảng cách an toàn để tránh gây ra tai nạn.
+ Có sự kết hợp của các ròng rọc định hướng khác nhau làm thay đổi vị trí của tải mà không tốn nhiều công sức.
+ Giúp nâng vật nặng lên một cách dễ dàng.
+ Không cần hoặc ít bôi trơn sau khi lắp đặt.
+ Thay đổi hướng của lực tác dụng, giúp nâng đỡ vật nặng.
– Nhược điểm:
+ Yêu cầu không gian lớn để lắp đặt và vận hành.
+ Trong trường hợp, dây/đai chuyển động trên bánh xe mà không rãnh, dây/đai sẽ bị trượt khỏi bánh xe.
+ Do được sử dụng liên tục nên các sợi dây bị yếu đi, có thể đứt gây
+ Nếu để sử dụng trong thời gian dài, cần được bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên dây/cáp, vì ma sát giữa bánh xe với dây/cáp xảy ra gây hao mòn chúng.
6. Ứng dụng của ròng rọc vào trong cuộc sống hằng ngày:
Ròng rọc được sử dụng rộng rãi trong các công việc nâng hạ trong cuộc sống. Người ta thường sử dụng ròng rọc để nâng hạ hàng hóa, vật liệu, dụng cụ có tải trọng lớn mà nếu chỉ dùng sức người thì rất khó có thể nâng được. Dưới đây là một số đồ vật cần sử dụng ròng rọc để vận hành, hoạt động:
– Rèm cửa sổ: Sử dụng ròng rọc để kéo rèm lên xuống.
– Cột cờ: Giúp nâng cờ lên hoặc hạ cờ xuống.
– Thang máy: Sử dụng một hệ thống gồm nhiều ròng rọc và đối trọng để cung cấp cho hệ thống thang máy cả về lực lẫn an toàn.
– Xô, dây nước giếng: Người ta dùng ròng rọc để kéo nước từ dưới lên trên một cách nhẹ nhàng
– Thang cuốn: Sử dụng ròng rọc để hoạt động.
– Máy leo núi: Sử dụng ròng rọc để làm việc an toàn và hiệu quả hơn.
– Ròng rọc xây dựng: Trong xây dựng, người ta dùng ròng rọc để đưa xi măng, gạch, cát, vôi, vữa,… từ dưới đất lên trên tầng cao một cách nhẹ nhàng.
– Ròng rọc trong phòng tập thể dục(gym): Các thiết bị tập thể dục nâng tạ đều sử dụng ròng rọc để điều khiển góc nâng tạ trong khi vẫn giữ tạ ở một vị trí chuyên dụng. Điều này giúp cho quá trình nâng tạ an toàn và hiệu quả hơn cho người sử dụng khi tạ sử dụng không đúng cách.
– Hệ thống rạp hát: Các ròng rọc được đặt ở trên cao nơi mà khán giả không nhìn thấy, và được vận hành từ phía bên của sân khấu để nâng và hạ rèm các khung cảnh trong một buổi biểu diễn sân khấu.
– Hệ thống cáp treo
7. Một số lưu ý khi sử dụng ròng rọc kéo tay:
– Không được kéo quá trọng tải cho phép của nhà
– Không nâng kéo ở không gian chật hẹp, cần sử dụng ở không gian rộng, phù hợp để an toàn cho người sử dụng.
– Không dùng để nâng kéo người.
– Kéo với tốc độ vừa phải, không kéo nhanh có thể gây mất an toàn và nguy hiểm tới tính mạng.
– Thường xuyên kiểm tra các bộ phận của ròng rọc kéo tay như dây cáp, dây thừng, bánh xe, nếu có dấu hiệu như bị mòn đứt hoặc tách sợi cáp, bị khô dầu vòng bi ở trục bánh xe thì cần phải xử lý ngay, tuyệt đối không được tiếp tục sử dụng.
– Nơi treo móc phải đảm bảo chịu được lực kéo của vật nặng.
