Como señaló fred_dot_u, cada anillo actúa como una "palanca de clase 2". Imagine que está intentando levantar la viga naranja que se muestra a continuación desde una posición cercana al pivote (distancia y). La fuerza que alguien más necesitaría aplicar en el extremo lejano (distancia x) sería menor, por un factor de X / Y
Imagine ahora que en lugar de aplicar su fuerza directamente hacia arriba, en su lugar, opta por aplicarla en un ángulo poco profundo. Puede ver que la distancia perpendicular al pivote se reduce, a pesar de que la fuerza se aplica en el mismo punto de la viga. Si su fuerza aplicada (peso corporal en el caso del paracaídas) permanece constante, entonces la reacción requerida para detener el movimiento del haz ahora es aún más baja.
La forma en que funciona el lanzamiento de tres anillos es uniendo dos de estos sistemas. Es difícil mostrar en un "diagrama clásico", debido a la forma en que la tela se enrolla para formar el punto de apoyo en cada palanca.
Espero que la imagen a continuación ilustra cómo la fuerza de reacción requerida en el bucle de tela pequeño (flecha inferior izquierda) es muchas veces menor que la fuerza aplicada por el peso del humano (flecha derecha).
Es crítico minimizar esta fuerza de reacción, ya que si fuera demasiado grande, entonces la fuerza de fricción contra el 'cable de tracción' (amarillo en su .gif original) sería demasiado grande, y sería difícil quitar el cable y liberarlo. El paracaídas.
Espero que esto responda a su pregunta y explique cómo surge la ventaja mecánica. En cuanto a "¿por qué 3 y no 5"? Esto se reduce simplemente al hecho de que tres es suficiente . 5 simplemente aumentaría el costo y la complejidad para fabricar el mecanismo, además de agregar más puntos de falla, y 2 no reduciría la fuerza lo suficiente.
Nota: no se está produciendo una "acción de polea": la ventaja mecánica es simplemente reducir esta fuerza de fricción y garantizar que el cordón amarillo se pueda quitar fácilmente, independientemente de lo pesado que sea el humano.
No puedo abordar todas las preguntas que ha planteado, pero al menos una de las respuestas proviene directamente del inventor, Bill Booth, como se señala en la wiki. Tiene la patente del dispositivo (¿en espera?) Y tuve la oportunidad de volar con él hace un par de décadas.
Todo lo siguiente es de boca en boca. Quizás haya documentación que lo respalde, pero Bill lo escuché y eso es lo suficientemente bueno para mí. Vi la documentación de la patente en su oficina, pero eso fue antes de las cámaras digitales y los teléfonos con cámara.
Me explicaron que antes de la liberación de 3 anillos, el mecanismo más comúnmente utilizado se llamaba liberación de Capewell . Como él lo dice, el mecanismo es propenso a atascarse y es particularmente difícil de liberar cuando está bajo carga, como sería el caso al caer en picado con un paracaídas sucio.
Su genio en el desarrollo de la liberación de 3 anillos dio como resultado un sistema que se liberaría completamente bajo cargas elevadas, se liberaría por completo cuando estuviera bajo cargas ligeras y sería mecánicamente simple. También es fácil de fabricar sin requerir un mecanizado especial o habilidades inusuales.
La configuración actual, nuevamente según lo descrito por Bill Booth, es que hay una reducción de fuerza de diez a uno para cada anillo. Si se ignora la fricción del cable en el bucle de bloqueo del anillo, la reducción total es de mil a uno sobre los tres anillos. Eso significa que puede colgar mil libras de cada liberación (dos por dosel) y la fuerza requerida para liberar el cable de bloqueo, perpendicular desde el punto de conexión, es una libra. No conozco a los newtons tan bien.
Agregando el mecanismo de sujeción del cable orientado lateralmente, la fuerza requerida por el paracaidista es aún menor. Si hay una libra de fuerza tirando del cable en el bucle que lo asegura, ¿cuánta fuerza se requiere para deslizar ese cable y liberar el conjunto? No sé esa respuesta, pero seguramente será muy baja.
He experimentado con este concepto para un mecanismo de liberación de carga útil para un helicóptero controlado por radio multirrotor. Usando las matemáticas de las palancas ordinarias, tuve una reducción de fuerza de menos de 5000 a 1, usando un enlace rígido en lugar de bucles para retener las palancas. Los componentes eran necesariamente livianos y tolerarían hasta 2 libras de carga útil, quizás más, pero el helicóptero era demasiado lento en ese punto. Los componentes de enlace pesaron 20 gramos.
La imagen de arriba proviene de una entrada wiki relacionada con palancas . La liberación de 3 anillos es una palanca de clase 2, pivotada en un extremo. Haciendo referencia a la animación en la wiki, la primera carga de palanca es el gran anillo del que está suspendido el 'chutista'. Aplica fuerza al segundo anillo hacia arriba (en relación con la animación) del pivote del segundo anillo.
El segundo anillo está enganchado por el tercer anillo, aplicando fuerza al tercer anillo de la misma manera. La ventaja mecánica de la que entran en juego las matemáticas de la palanca se debe a la separación del pivote en relación con la ubicación del siguiente anillo.
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Antes del "circo de los 3 anillos", como lo llamábamos los saltadores, estaban las variaciones de Capewell. Aquí hay algunas fotos: https://www.flickr.com/photos/43867826@N07/sets/72157622676844920/
El "tiro y medio" requirió mover una cubierta para acceder al mecanismo de liberación. "One shots" lanzado simplemente moviendo la tapa.
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