Kladky a mechanická výhoda

Ako kladky menia smer alebo veľkosť sily a uľahčujú zdvíhanie ťažkých bremien.

Čo je kladka?

Kladka je koleso s drážkovaným okrajom, cez ktoré prechádza lano alebo reťaz. Patrí medzi šesť jednoduchých strojov.

Pevná kladka

Kladka je pripevnená k pevnému bodu (napr. strop). Koleso sa otáča, ale nehýbe sa hore-dolu.

Mení smer sily (ťaháme dolu → bremeno ide hore)
Nezmenšuje potrebnú silu

Použitie: vlajkové stožiare, záclony, žeriavy

Pohyblivá kladka

Kladka je pripevnená k bremenu a pohybuje sa s ním.

Nesíva smer nemení
Zmenšuje na polovicu silu potrebnú na zdvíhanie
Lano však treba potiahnuť dvakrát dlhšiu trasu

Poznámka

Energia sa zachováva: menšia sila na väčšej dráhe = rovnaká vykonaná práca. $W = F \times s$

Kladkostroj (viac kladiek)

Viac kladiek spolupracujúcich dokopy:

Počet úsekov lana nesúcich bremeno	Mechanická výhoda
1	1 (pevná kladka)
2	2 (pohyblivá kladka)
4	4

Mechanická výhoda: $MV = \frac{\text{sila bremena}}{\text{potrebná sila}}$

Pohyblivá kladka sa použije na zdvíhanie krabice s tiažou 200 N. Aká veľká sila je potrebná?

Pohyblivá kladka: MV = 2.
$F = \frac{200}{2} = 100 \text{ N}$ Ťaháte s 100 N, ale lano musíte potiahnuť dvojnásobne ďaleko.

Príklady použitia

Stavebné žeriavy (viac pohyblivých kladiek)
Protizávažia vo výťahoch
Scénické zariadenia v divadlách
Systémy lán pri lezení

Prax: Žeriav na bratislavskom stavenisku

Vežový žeriav na novostavbe v Bratislave (napr. pri výstavbe bytových komplexov v Petržalke) využíva kladkostroj s viacerými pohyblivými kladkami. Ak kladkostroj má mechanickú výhodu MV = 8, žeriavnik ťahá lanom silou iba 2 500 N na zdvíhanie bremena 20 000 N (≈ 2 tony). Lano sa musí vytiahnuť 8-krát dlhšie, no bremeno ide hore.

Prax: Zákulisie v Slovenskom národnom divadle

V zákulisí Slovenského národného divadla v Bratislave visia kulisy a reflektory na sústave kladiek. Technici pomocou jednoduchých kladkostrojov dvíhajú ťažké scenografické prvky (niekoľko stoviek kg) len silou vlastných rúk — pevné kladky menia smer lana (ťah dolu → kulisa ide hore) a pohyblivé kladky znižujú potrebnú silu. Všetko sa deje ticho počas predstavenia.

Tip Kde to vidíme v praxi? Kladky a kladkostroje sú v stavebných žeriavoch, výťahoch (protizávažia), lodných navijákoch, horolezeckých záchranných systémoch, divadelnej technike a bicyklových prevodníkoch. Princíp kladiek je tiež využitý v blokoch a lanových dráhach (lanovka na Lomnický štít).

Cvičné príklady

Kladkostroj má 4 úseky lana nesúce bremeno. Aká sila je potrebná na zdvíhanie bremena s tiažou 400 N?

Zobraziť odpoveď

MV = 4. F = 400 ÷ 4 = 100 N

Prečo systém kladiek nevytvára 'zadarmo' energiu, hoci znižuje potrebnú silu?

Zobraziť odpoveď

Sila pôsobí na dlhšej dráhe. Práca = sila × dráha zostáva rovnaká. Energia sa zachováva.