Sistem Takal: Asas-asas mekaniknya6 min read

Takal secara asasnya ialah suatu komponen berbentuk roda yang disambungkan atau dililit dengan tali yang digunakan untuk mengangkat sesuatu beban dengan daya yang lebih rendah. Anda mesti pernah melihat orang atau watak kartun dalam rancangan Tv menggunakan sistem takal untuk mengangkat objek bukan?

Sistem takal dikatakan sebuah sistem ringkas kerana ianya tidak memerlukan komponen-komponen yang kompleks atau disambungkan dengan gear atau enjin.

Mesin atau sistem ringkas seperti takal memberikan kita kelebihan dari segi mekanikal, iaitu membuatkan kita lebih ‘kuat’ mengangkat objek yang lebih berat.

Asas sistem takal

Sistem takal secara asasnya mengguna pakai dua buah hukum Newton iaitu hukum kedua dan hukum ketiga. Anda boleh tekan pautan artikel ini untuk memahami hukum-hukum Newton dengan lebih jelas.

Hukum Newton kedua

Secara ringkasnya, hukum Newton yang kedua untuk sistem takal mempunyai formula seperti berikut;

T = ma + mg

• T = Daya tegangan oleh tali, N
• m = Berat jisim objek tersebut, kg
• a = Pemecutan, m/s²
• g = Pecutan graviti, 9.81 m/s²

Hukum Newton yang kedua sangat berkait dengan sistem takal kerana ia melibatkan daya tegangan oleh tali yang dihubungkan bersama daya input, komponen takal, kelajuan pecutan dan berat objek tersebut. Oleh hal yang demikian, kita masih menggunakan formula yang sama. Selain itu, kita juga tidak mengambil kira kehadiran daya luaran seperti daya geseran.

Hukum Newton ketiga

Secara ringkasnya, hukum Newton yang ketiga untuk sistem takal mempunyai formula seperti yang berikut;

F = T-ma-mg

• T = Daya tegangan oleh tali, N
• m = Berat jisim objek tersebut, kg
• a = Pemecutan, m/s²
• F = Daya input yang dikenakan, N
• g = Pecutan graviti, 9.81 m/s²

Hukum Newton yang ketiga juga sangat berkait dengan sistem ini kerana apabila daya yang dikenakan oleh kita kepada objek, objek itu akan berikan balik daya yang sama melalui magnitud dengan arah yang berlawanan. Jadi ini bermakna daya keseluruhan dalam sistem itu adalah sama dengan daya yang dikenakan oleh tali yang menarik beban hasil daripada daya tegangan dan daya graviti beban tersebut.

Pengiraan ringkas

Soalan yang dikemukan di bawah mungkin dapat membuatkan kita faham sedikit berkenaan konsep mekanik asas.

Soalan:

Sistem takal pada belah kiri menunjukkan objek seberat 75N disambungkan dengan objek seberat 100N melalui takal. Manakala pada belah kanan pula, sistem takal adalah sama tetapi objek seberat 100N itu digantikan dengan daya tarikan sebanyak 100N juga.

Pada asasnya, kedua-dua buah sistem adalah dalam keadaan rehat. Namun, kedua-dua buah objek 75N itu terus memecut ke atas dan mengenai takal tersebut. Persoalannya, objek 75N yang manakah mengenai takal terlebih dahulu?

Jawapan:

Jika dilihat secara kasar, sudah semestinya kita akan objek 75N pada belah kiri bergerak dengan pecutan yang sama seperti objek 75N pada belah kanan bukan? Tetapi ianya salah.

Untuk solusi ini, kita akan mengendahkan nilai mg kerana kita tidak akan membuat kiraan ketika ianya statik tetapi kita akan membuat kiraan ketika ia mula bergerak. Kita akan mulakan pengiraan kita dengan fokus pada belah bahagian kiri dahulu;

Pada gambar rajah 1, objek pada belah kanan mempunyai beban sebanyak 100N yang bergerak ke bawah manakala daya tegangan yang menarik objek itu akan menghala ke atas. Jadi, apabila diaplikasikan pada hukum Newton kedua iaitu;

ΣF = ma

Maka;

 T-100N = -ma

T = 100N-ma

Ini bermakna daya tegangan, T yang menarik objek seberat 75N ini adalah kurang daripada 100N iaitu bukan daya tegangan yang ideal atau daya bersih kerana perlu mengambil kira jisim dan inertia hasil dari pecutan kedua-dua objek tersebut.

Pada gambar rajah 2, daya tarikan sebanyak 100N adalah sama sepanjang tali sehingga ke objek pada belah kiri. Ini bermakna daya yang menarik objek 75N pada belah kiri menuju ke atas untuk kedua-dua rajah adalah tidak sama.

Melalui perbandingan ini, objek 75N pada rajah 2 akan bergerak lagi pantas menuju ke atas berbanding objek 75N pada rajah 1 kerana perbezaan daya tegangan yang menariknya.

Untuk memahami dengan lebih lanjut, boleh cuba untuk menjawab soalan lain melalui pautan ini.

Kepelbagaian sistem takal

Kita boleh takrifkan bahawa semakin banyak komponen roda yang digunakan, semakin banyak kita boleh mengangkat sesuatu objek. Selain itu, terdapat empat jenis sistem takal iaitu kekal, boleh alih, majmuk dan kompleks ;

Sistem Kekal

Sistem takal kekal ialah suatu sistem dimana roda takal dikekalkan pada suatu kedudukan atau tempat. Walaupun daya yang diperlukan untuk menarik sesuatu objek itu tidak begitu ketara jika dibandingkan dengan mengangkat menggunakan tangan sendiri, namun sistem ini membenarkan kita menarik objek itu dengan mudah dengan sudut yang berbeza.

Sistem Boleh Alih

Sistem takal boleh alih ini direka supaya roda takal itu juga bergerak ketika objek itu digerakkan. Selain itu, sistem ini tidak memerlukan kita untuk menarik tali dengan sudut yang berbeza namun rekaan ini membuatkan kita menggunakan daya yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan sistem kekal. Oleh hal yang demikian, beban atau objek itu akan naik ke atas sama dengan arah yang ditarik oleh kita.

Sistem Majmuk

Di dalam rekaan sistem takal majmuk, terdapat sebuah roda yang boleh alih dan sebuah roda kekal yang disambungkan bersama. Kelebihan rekaan ini adalah daya yang diperlukan untuk menarik objek dapat dikurangkan malah boleh ditarik dengan pelbagai sudut dan arah. Walaubagaimanapun, kelemahan sistem ini ialah ia memerluka lebih banyak gerakan menarik untuk hasil kerja yang sama.

Sistem Kompleks

Sistem takal boleh diubah untuk menjadi lebih kompleks sejajar dengan namanya. Kebiasaanya rekaan sistem yang kompleks memerlukan jumlah komponen yang lebih banyak dan disusun mengikut kesesuaian tugasan. Terdapat satu konfigurasi sistem takal kompleks yang biasa digunakan iaitu sistem ‘block and tackle’ yang mempunyai lebih dari dua roda dan tali dililit di antara mereka. Sistem ini biasanya dijumpai pada kapal layar dimana kelasi kapal perlu mengemudi layar walaupun dengan angin yang kuat.

Sistem ini sangat sesuai untuk kerja menggerakkan beban yang sangat berat dan pada masa yang sama daya yang diperlukan berkurang dengan amat ketara walaupun gerakan menarik untuk hasil kerja yang diinginkan juga meningkat.

Aplikasi sistem takal

Sistem ini mudah didapati di mana-mana kerana mekanismanya yang amat mudah dan berupaya memudahkan urusan pengguna. Antara contoh aplikasi sistem takal dalam kehidupan seharian adalah:

• Enjin kenderaan untuk menggerakkan roda tayar.
• Layar pada kapal layar dikawal ketinggiannya menggunakan sistem takal.
• Kren pembinaan untuk mengangkut bahan binaan yang berat.
• Tiang bendera untuk menaikkan dan menurunkan bendera.
• Lif menggunakan sistem takal yang kompleks untuk bergerak ke atas dan ke bawah.
• Peralatan membina badan di gim.
• Pintu garaj kenderaan untuk membuka dan menutup.
• Langsir di pawagam untuk membuka dan menutup skrin tayangan.

Rujukan

www.explainthatstuff.com

www.sciencing.com

www.studypug.com