1. Úsilí a zatížení:V systému kola a nápravy působí dvě hlavní síly – síla (vstupní síla) a zátěž (výstupní síla). Síla je obvykle aplikována na okraj nebo ráfek kola, zatímco zatížení je aplikováno v bodě blíže k nápravě.
2. Mechanická výhoda:Systém kol a náprav poskytuje mechanickou výhodu, kterou je poměr výstupní síly (zatížení) ke vstupní síle (úsilí). Mechanická výhoda je určena poměrem poloměru kola (vzdálenost od středu k bodu, kde působí síla) k poloměru nápravy (vzdálenost od středu k bodu, kde působí zatížení).
3. Zesílení točivého momentu:Když na okraj kola působí síla, vytváří se točivý moment, který způsobuje otáčení kola kolem nápravy. Díky mechanické výhodě systému může relativně malé úsilí vynaložené na kolo překonat mnohem větší zatížení připevněné v blízkosti nápravy. Čím větší je poloměr kola ve srovnání s poloměrem nápravy, tím většího zesílení točivého momentu systém dosáhne.
4. Princip ramene páky:Systém kol a náprav v podstatě uplatňuje princip pák. Síla síly působí na delší rameno páky (poloměr kola), zatímco síla zatížení působí na kratší rameno páky (poloměr nápravy). Zvětšením délky ramene vstupní páky (poloměr kola) vzhledem k ramenu výstupní páky (poloměr nápravy) systém násobí vstupní sílu.
5. Účinnost:Systémy kol a náprav v reálném světě nejsou dokonale účinné kvůli tření mezi pohyblivými částmi, deformacím materiálů a dalším faktorům. Při provozu systému se ztrácí určitá energie, což má za následek mechanickou účinnost, která je obvykle nižší než 100 %.
Příklady systémů kol a náprav:
A. Dveřní kliky:Dveřní klika je jednoduchý systém koleček a náprav, kde je klika (kolo) připevněna k hřídeli (nápravě), která otevírá nebo zavírá dveře. Otočením knoflíku působí síla, která otáčí nápravou a otevírá dveře.
b. Volanty:Ve vozidlech je volant kolo připevněné ke sloupku řízení (nápravě), které umožňuje řidičům měnit směr otáčení kol otáčením kola.
C. Kladky:Kladky jsou drážkovaná kola připevněná k podpěře, často používaná ve zvedacích systémech. Když je lano omotané kolem kladky, síla působící na jeden konec lana způsobí, že se kladka otáčí a zvedá břemeno na druhém konci.
d. Větrné mlýny:Větrné mlýny využívají sílu větru na své velké lopatky (kola) k otáčení nápravy, která pohání strojní zařízení pro mletí obilí nebo výrobu elektřiny.
Souhrnně lze říci, že systém kol a náprav funguje tak, že zesiluje vstupní sílu (úsilí) prostřednictvím principu pák a násobení točivého momentu. Skládá se z kola připevněného k nápravě, kde vstupní síla působí na kolo a výstupní síla je generována blíže k nápravě. Tento jednoduchý stroj najde uplatnění v různých každodenních předmětech a strojních zařízeních k efektivnímu zvedání, otáčení nebo změně směru sil.
