Edutorium: Kladkostroje

Celkový přehled Veřejnost 1. stupeň ZŠ 2. stupeň ZŠ SŠ

ZVOLTE CÍLOVOU SKUPINU pro přehlednější zobrazení.

Expozice

Edutorium

Garant:

Mgr. Kristýna Nová

Klíčová slova:

Anotace pro veřejnost:

Můžete si u nás vyzkoušet hned tři různé kladkostroje - každý z nich má jiný počet kladek. Kdo je vynalezl? Jak těžké předměty se s nimi dají zvedat? Přijďte hledat odpovědi k nám do Techmanie!

Anotace pro 1. stupeň ZŠ:

Kladka patří mezi běžně používané jednoduché stroje. U tohoto exponátu se mohou žáci seznámit s tím, jak se z kladek sestavuje kladkostroj a jaká je jeho funkce. Na vlastní kůži si také vyzkouší, že se s pomocí kladkostroje mohou snadno sami vytáhnout nahoru.

RVP pro 1. stupeň ZŠ

člověk a svět práce

Anotace pro 2. stupeň ZŠ:

RVP pro 2. stupeň ZŠ

člověk a příroda
- fyzika
  - pohyb těles, síly
    - rovnováha na páce a pevné kladce
    - třecí síla

Anotace pro SŠ:

Studenti si zde mohou prakticky vyzkoušet několik různých kladkostrojů a mohou se zamyslet nad jejich funkcí: Kolikrát menší silou musím působit, abych se na kladkostroji vytáhnul vzhůru? Stojí mě to tedy ve výsledku méně nebo více práce, kterou musím vykonat? Jaký vliv má na celý mechanismus tření?

RVP pro střední školy

člověk a příroda
- fyzika
  - pohyb těles a jejich vzájemné působení
    - dynamika pohybu

Věda a technika v pozadí

Kladka a kladkostroj patří společně s pákou, kolem na hřídeli, nakloněnou rovinou, šroubem a klínem mezi jednoduché stroje. Všechny jednoduché stroje se používají od starověku. Dlouho je také známé tzv. zlaté pravidlo mechaniky: s využitím jednoduchých strojů se nedá ušetřit práce. Jednoduché stroje však usnadní práci tím, že můžeme vyvinout menší sílu nebo změnit směr působení síly. Zmenšení síly však musíme vyrovnat působením síly na delší dráze.

Teorie

Kladka je založena na principu páky. U pevné kladky je rameno břemena a rameno síly stejně dlouhé, tíha břemena a zvedající síla mají stejnou velikost i směr. Výhoda pevné kladky je pouze v tom, že usnadňuje manipulaci s břemenem – táhnout za provaz směrem dolů je snazší než zvedat břemeno přímo vzhůru. Kladky používali už staří Babyloňané při stavbě městských hradeb.

Pevná a volná kladka.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Na volné kladce se síla F₁, kterou působíme, rovná polovině tíhy břemene F₂

Soustavu kladek nazýváme kladkostroj. Rozlišujeme kladkostroj obecný, Archimédův a diferenciální. Pro obecný kladkostroj platí

kde n je počet volných kladek. Do síly F₂ musíme započítat také vliv tíhy volných kladek. Pro Archimédův kladkostroj platí

kde n je počet volných kladek.

Různé druhy kladkostrojů.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Diferenciální kladkostroj Westonův se skládá ze dvou souosých pevně spojených kladek s různými poloměry (R, r) a z jedné kladky volné. Kladky mají ve žlábku zuby, do nichž zasahují články řetězu. Účelem zubů je, aby se řetěz po obvodu kladek nesmýkal. Břemeno o tíze F₁, které visí na dvou částech řetězu, napíná každý z nich silou F₁/2. Působíme pak silou

Zajímavost z historie:
Archimedes byl vůbec prvním vědcem zabývajícím se praktickým využitím teoretických poznatků. O svých technických vynálezech bohužel žádné pojednání nesepsal. Proto je těžké určit, čeho je vlastně tvůrcem. Zatímco kladka byla objevena už před Archimedem, kladkostroj poprvé pravděpodobně sestrojil on. Existuje řada legend, podle kterých použil Archimedes kladkostroj k obraně napadených Syrakus.