Capstan equation

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Рівняння кабестана — пов'язує силу утримання і силу навантаження, якщо гнучкий ремінь обмотаний навколо циліндра (лебідки, коловорота, кабестана). Формула така: rdf:langString
The capstan equation or belt friction equation, also known as Euler-Eytelwein's formula (after Leonhard Euler and Johann Albert Eytelwein), relates the hold-force to the load-force if a flexible line is wound around a cylinder (a bollard, a winch or a capstan). Because of the interaction of frictional forces and tension, the tension on a line wrapped around a capstan may be different on either side of the capstan. A small holding force exerted on one side can carry a much larger loading force on the other side; this is the principle by which a capstan-type device operates. The formula is rdf:langString
キャプスタン方程式(キャプスタンほうていしき、英: capstan equation)、別称ベルト摩擦方程式(英: belt friction equation)、アイテルワインの公式(英: Eytelwein's formula)は、しなやかなロープがボラード、ウインチ、キャプスタン等の円筒に巻き付けられているときに、荷重による張力(load-force)と巻き取りの張力(hold-force)とを結びつける等式である。 張力と摩擦力が作用しあうため、キャプスタンに巻かれたロープにかかる張力は両端で異なっていると考えられ、小さな張力を他端においてより大きな力に変えることができる。これがキャプスタン型の器械の原理である。 手動キャプスタンはラチェット型の機構で、一方向にしか回転しない。一旦その方向へ動き出せば、ぐっと小さな力で引っ張ることができる。パワードキャプスタン(ウインチとも呼ばれる)は回転によってロープとキャプスタンの間の摩擦を増大させるものである。トールシップでは手動キャプスタンとパワードキャプスタンが併せて用いられる。小さい力で重い帆が揚げられるようにし、またパワードキャプスタンからのロープの取り外し、ロープ解きが簡単にできるようになっている。 公式は次の通り。 この公式が成り立つにはいくつかの仮定が必要である: 次の表は巻き数と摩擦係数 μ に対する の値を示す。 rdf:langString
rdf:langString Capstan equation
rdf:langString キャプスタン方程式
rdf:langString Рівняння кабестана
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rdf:langString The capstan equation or belt friction equation, also known as Euler-Eytelwein's formula (after Leonhard Euler and Johann Albert Eytelwein), relates the hold-force to the load-force if a flexible line is wound around a cylinder (a bollard, a winch or a capstan). Because of the interaction of frictional forces and tension, the tension on a line wrapped around a capstan may be different on either side of the capstan. A small holding force exerted on one side can carry a much larger loading force on the other side; this is the principle by which a capstan-type device operates. A holding capstan is a ratchet device that can turn only in one direction; once a load is pulled into place in that direction, it can be held with a much smaller force. A powered capstan, also called a winch, rotates so that the applied tension is multiplied by the friction between rope and capstan. On a tall ship a holding capstan and a powered capstan are used in tandem so that a small force can be used to raise a heavy sail and then the rope can be easily removed from the powered capstan and tied off. In rock climbing this effect allows a lighter person to hold (belay) a heavier person when top-roping, and also produces rope drag during lead climbing. The formula is where is the applied tension on the line, is the resulting force exerted at the other side of the capstan, is the coefficient of friction between the rope and capstan materials, and is the total angle swept by all turns of the rope, measured in radians (i.e., with one full turn the angle ). Several assumptions must be true for the formula to be valid: 1. * The rope is on the verge of full sliding, i.e. is the maximum load that one can hold. Smaller loads can be held as well, resulting in a smaller effective contact angle . 2. * It is important that the line is not rigid, in which case significant force would be lost in the bending of the line tightly around the cylinder. (The equation must be modified for this case.) For instance a Bowden cable is to some extent rigid and doesn't obey the principles of the capstan equation. 3. * The line is non-elastic. It can be observed that the force gain increases exponentially with the coefficient of friction, the number of turns around the cylinder, and the angle of contact. Note that the radius of the cylinder has no influence on the force gain. The table below lists values of the factor based on the number of turns and coefficient of friction μ. From the table it is evident why one seldom sees a sheet (a rope to the loose side of a sail) wound more than three turns around a winch. The force gain would be extreme besides being counter-productive since there is risk of a riding turn, result being that the sheet will foul, form a knot and not run out when (by slacking grip on the tail (free end)). It is both ancient and modern practice for anchor capstans and jib winches to be slightly flared out at the base, rather than cylindrical, to prevent the rope (anchor warp or sail sheet) from sliding down. The rope wound several times around the winch can slip upwards gradually, with little risk of a riding turn, provided it is (loose end is pulled clear), by hand or a self-tailer. For instance, the factor "153,552,935" (5 turns around a capstan with a coefficient of friction of 0.6) means, in theory, that a newborn baby would be capable of holding (not moving) the weight of two USS Nimitz supercarriers (97,000 tons each, but for the baby it would be only a little more than 1 kg). The large number of turns around the capstan combined with such a high friction coefficient mean that very little additional force is necessary to hold such heavy weight in place. The cables necessary to support this weight, as well as the capstan's ability to withstand the crushing force of those cables, are separate considerations.
rdf:langString キャプスタン方程式(キャプスタンほうていしき、英: capstan equation)、別称ベルト摩擦方程式(英: belt friction equation)、アイテルワインの公式(英: Eytelwein's formula)は、しなやかなロープがボラード、ウインチ、キャプスタン等の円筒に巻き付けられているときに、荷重による張力(load-force)と巻き取りの張力(hold-force)とを結びつける等式である。 張力と摩擦力が作用しあうため、キャプスタンに巻かれたロープにかかる張力は両端で異なっていると考えられ、小さな張力を他端においてより大きな力に変えることができる。これがキャプスタン型の器械の原理である。 手動キャプスタンはラチェット型の機構で、一方向にしか回転しない。一旦その方向へ動き出せば、ぐっと小さな力で引っ張ることができる。パワードキャプスタン(ウインチとも呼ばれる)は回転によってロープとキャプスタンの間の摩擦を増大させるものである。トールシップでは手動キャプスタンとパワードキャプスタンが併せて用いられる。小さい力で重い帆が揚げられるようにし、またパワードキャプスタンからのロープの取り外し、ロープ解きが簡単にできるようになっている。 トップロープクライミングと呼ばれるロッククライミングで、体重の軽い人間がより重い人間を支える(ビレイする)ことができるのはこの効果のためである。 公式は次の通り。 ここで はロープに加わる張力、 はそれによりキャプスタンの反対側で生じる力である。 はロープとキャプスタンの間の摩擦係数、 はロープが巻かれたトータルの角度(単位はラジアン、つまりちょうど1周ならば )。 この公式が成り立つにはいくつかの仮定が必要である: 1. * ロープは滑り落ちる寸前であるとする。つまり が巻き取ることのできる最大の荷重になっている。より軽い荷のときも巻き取りは可能で、その場合は「実効的」な接触角 がより小さくて済む。 2. * ロープが剛体でないことは重要である。そのような場合、かなりの力がロープを円筒にきつく巻き付けるための折り曲げに費やされてしまう(この場合方程式を修正する必要がある)。例えばにはある程度剛性があり、キャプスタン方程式の原理には従わない。 3. * ロープは非弾性的である。 式から、得られる力は摩擦係数、円筒のまわりの巻き数、接触角度とともに指数関数的に増大することがわかる。「円筒の半径は得られる力に何ら関係しない」ことに注意する。 次の表は巻き数と摩擦係数 μ に対する の値を示す。 この表から、シート(sheet, ヨット等の帆船で、セイルを調節できる側のロープを指す)が3回より多くウインチに巻き付けられているのを見ることがほとんどないのは何故か、はっきりと分かる。得られる力は急激に大きくはなるが、他方で副産物が伴う。というのも、巻き付けによって絡まりやコブができ、(テールでたゆみを作って)力を緩めてもロープが送り出されなくなるリスクがあるからである。
rdf:langString Рівняння кабестана — пов'язує силу утримання і силу навантаження, якщо гнучкий ремінь обмотаний навколо циліндра (лебідки, коловорота, кабестана). Формула така:
xsd:nonNegativeInteger 11924

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