1. Sforzo e carico:ci sono due forze principali coinvolte in un sistema ruota e asse:sforzo (forza in ingresso) e carico (forza in uscita). Lo sforzo viene generalmente applicato al bordo o al cerchione della ruota, mentre il carico viene applicato in un punto più vicino all'asse.
2. Vantaggio meccanico:il sistema ruota-asse fornisce un vantaggio meccanico, che è il rapporto tra la forza in uscita (carico) e la forza in ingresso (sforzo). Il vantaggio meccanico è determinato dal rapporto tra il raggio della ruota (distanza dal centro al punto in cui viene applicato lo sforzo) e il raggio dell'asse (distanza dal centro al punto in cui viene applicato il carico).
3. Amplificazione della coppia:quando viene applicata una forza al bordo della ruota, si crea una coppia che fa ruotare la ruota attorno all'asse. Grazie al vantaggio meccanico del sistema, uno sforzo relativamente piccolo applicato alla ruota può superare un carico molto maggiore fissato vicino all'asse. Maggiore è il raggio della ruota rispetto al raggio dell'asse, maggiore è l'amplificazione di coppia ottenuta dal sistema.
4. Principio del braccio di leva:il sistema ruota-asse applica essenzialmente il principio delle leve. La forza di sforzo agisce su un braccio di leva più lungo (raggio della ruota), mentre la forza di carico agisce su un braccio di leva più corto (raggio dell'asse). Aumentando la lunghezza del braccio della leva di ingresso (raggio della ruota) rispetto al braccio della leva di uscita (raggio dell'asse), il sistema moltiplica la forza di ingresso.
5. Efficienza:i sistemi di ruote e assi nel mondo reale non sono perfettamente efficienti a causa dell'attrito tra le parti mobili, della deformazione dei materiali e di altri fattori. Una parte dell'energia viene persa durante il funzionamento del sistema, determinando un'efficienza meccanica solitamente inferiore al 100%.
Esempi di sistemi di ruote e assi:
UN. Maniglie delle porte:una maniglia è un semplice sistema di ruota e asse in cui la manopola (ruota) è fissata all'albero (asse) che apre o chiude la porta. Ruotando la manopola si applica una forza che fa ruotare l'asse e apre la porta.
B. Volanti:nei veicoli, il volante è una ruota fissata a un piantone dello sterzo (asse) che consente al conducente di cambiare la direzione delle ruote ruotando il volante.
C. Pulegge:Le pulegge sono ruote scanalate fissate ad un supporto, spesso utilizzate nei sistemi di sollevamento. Quando una fune è avvolta attorno a una puleggia, una forza applicata a un'estremità della fune fa ruotare la puleggia, sollevando il carico all'altra estremità.
D. Mulini a vento:i mulini a vento utilizzano la forza del vento sulle loro grandi pale (ruote) per ruotare l'asse che aziona i macchinari per macinare il grano o generare elettricità.
In sintesi, un sistema ruota-asse funziona amplificando la forza in ingresso (sforzo) attraverso il principio delle leve e della moltiplicazione della coppia. È costituito da una ruota fissata a un asse, dove la forza in ingresso viene applicata alla ruota e la forza in uscita viene generata più vicino all'asse. Questa semplice macchina trova applicazione in vari oggetti e macchinari di uso quotidiano per sollevare, girare o cambiare la direzione delle forze in modo efficiente.
