Ένας γερανός, επίσης γνωστός ως γερανός γέφυρας ή γερανός εναέριος, είναι ένας τύπος μηχανής που χρησιμοποιείται για ανύψωση. Οι γερανοί είναι γενικά εξοπλισμένοι με κουρδιστήρι (ονομάζεται επίσης συρμάτινο τύμπανο), συρματόσχοινα ή αλυσίδες και τροχαλίες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για την ανύψωση και το κατέβασμα υλικών και για τη μετακίνησή τους οριζόντια. Χρησιμοποιεί ένα ή περισσότερα απλά μηχανήματα όπως ένα ανυψωτικό για να δημιουργήσει μηχανικό πλεονέκτημα και έτσι να μετακινήσει φορτία πέρα από την κανονική ικανότητα ενός ανθρώπου. Οι γερανοί χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία μεταφορών για τη φόρτωση και εκφόρτωση εμπορευμάτων, στην κατασκευαστική βιομηχανία για τη μετακίνηση υλικών και στη βιομηχανία κατασκευής για τη συναρμολόγηση βαρέως εξοπλισμού.
Οι πρώτοι κατασκευαστικοί γερανοί εφευρέθηκαν από τους Αρχαίους Έλληνες και κινούνταν από άνδρες ή θηρία, όπως γαϊδούρια. Αυτοί οι γερανοί χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή ψηλών κτιρίων. Αργότερα αναπτύχθηκαν μεγαλύτεροι γερανοί, χρησιμοποιώντας τη χρήση ανθρώπινων τροχών πέλματος, επιτρέποντας την ανύψωση βαρύτερων βαρών. Στον Μεσαίωνα, εισήχθησαν λιμενικοί γερανοί για να φορτώνουν και να ξεφορτώνουν πλοία και να βοηθούν στην κατασκευή τους – μερικοί χτίστηκαν σε πέτρινους πύργους για επιπλέον αντοχή και σταθερότητα. Οι πρώτοι γερανοί κατασκευάστηκαν από ξύλο, αλλά ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας ανέλαβαν με την έλευση της Βιομηχανικής Επανάστασης.
Για πολλούς αιώνες, η ισχύς παρεχόταν από τη σωματική άσκηση των ανθρώπων ή των ζώων, αν και οι ανυψωτήρες σε νερόμυλους και ανεμόμυλους μπορούσαν να οδηγηθούν από την αξιοποιημένη φυσική δύναμη. Η πρώτη «μηχανική» ισχύς παρασχέθηκε από ατμομηχανές, ο πρώτος γερανός ατμού εισήχθη τον 18ο ή 19ο αιώνα, με πολλούς να παραμένουν σε χρήση μέχρι τα τέλη του 20ού αιώνα. Οι σύγχρονοι γερανοί συνήθως χρησιμοποιούν κινητήρες εσωτερικής καύσης ή ηλεκτρικούς κινητήρες και υδραυλικά συστήματα για να παρέχουν πολύ μεγαλύτερη ικανότητα ανύψωσης από ό,τι ήταν προηγουμένως δυνατό, αν και οι χειροκίνητοι γερανοί εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται όπου η παροχή ισχύος θα ήταν αντιοικονομική.
Οι γερανοί υπάρχουν σε μια τεράστια ποικιλία μορφών – ο καθένας προσαρμοσμένος για μια συγκεκριμένη χρήση. Τα μεγέθη κυμαίνονται από τους μικρότερους γερανούς φλόκων, που χρησιμοποιούνται μέσα σε εργαστήρια, έως τους ψηλότερους γερανούς πύργου, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ψηλών κτιρίων. Για λίγο, οι μίνι γερανοί χρησιμοποιούνται και για την κατασκευή υψηλών κτιρίων, για να διευκολύνουν τις κατασκευές φτάνοντας σε στενούς χώρους. Τέλος, μπορούμε να βρούμε μεγαλύτερους πλωτούς γερανούς, που χρησιμοποιούνται γενικά για την κατασκευή πετρελαιοπηγών και τη διάσωση βυθισμένων πλοίων.
Υπάρχουν τρία βασικά ζητήματα στο σχεδιασμό των γερανών. Πρώτον, ο γερανός πρέπει να μπορεί να σηκώσει το βάρος του φορτίου. Δεύτερον, ο γερανός δεν πρέπει να ανατραπεί. Τρίτον, ο γερανός δεν πρέπει να σπάσει.
Οι γερανοί απεικονίζουν τη χρήση μιας ή περισσότερων απλών μηχανών για τη δημιουργία μηχανικού πλεονεκτήματος:
•Ο μοχλός:
Ένας γερανός ισορροπίας περιέχει μια οριζόντια δοκό που περιστρέφεται γύρω από ένα σημείο που ονομάζεται υπομόχλιο. Η αρχή του μοχλού επιτρέπει σε ένα βαρύ φορτίο που συνδέεται με το μικρότερο άκρο της δοκού να ανυψωθεί με μια μικρότερη δύναμη που εφαρμόζεται στην αντίθετη κατεύθυνση από το μακρύτερο άκρο της δοκού. Η αναλογία του βάρους του φορτίου προς την ασκούμενη δύναμη είναι ίση με την αναλογία των μηκών του μακρύτερου και του κοντύτερου βραχίονα και ονομάζεται μηχανικό πλεονέκτημα.
• Η τροχαλία:
Ένας γερανός με φλόκο περιέχει ένα κεκλιμένο γόνατο που υποστηρίζει ένα σταθερό μπλοκ τροχαλίας. Τα καλώδια τυλίγονται πολλές φορές γύρω από το σταθερό μπλοκ και γύρω από ένα άλλο μπλοκ που είναι προσαρτημένο στο φορτίο. Όταν το ελεύθερο άκρο του καλωδίου τραβιέται με το χέρι ή από μια μηχανή περιέλιξης, το σύστημα τροχαλίας παρέχει στο φορτίο μια δύναμη ίση με την εφαρμοζόμενη δύναμη πολλαπλασιασμένη με τον αριθμό των μηκών του καλωδίου που διέρχεται μεταξύ των δύο μπλοκ. Αυτός ο αριθμός είναι το μηχανικό πλεονέκτημα.
• Ο υδραυλικός κύλινδρος:
Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την ανύψωση του φορτίου ή έμμεσα για τη μετακίνηση του φλόκου ή της δοκού που φέρει άλλη συσκευή ανύψωσης.
Οι γερανοί, όπως όλα τα μηχανήματα, υπακούουν στην αρχή της διατήρησης της ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που παρέχεται στο φορτίο δεν μπορεί να υπερβαίνει την ενέργεια που καταναλώνεται στο μηχάνημα. Για παράδειγμα, εάν ένα σύστημα τροχαλίας πολλαπλασιάζει την ασκούμενη δύναμη επί δέκα, τότε το φορτίο κινείται μόνο κατά το ένα δέκατο της ασκούμενης δύναμης. Εφόσον η ενέργεια είναι ανάλογη της δύναμης πολλαπλασιαζόμενης με την απόσταση, η ενέργεια εξόδου διατηρείται περίπου ίση με την ενέργεια εισόδου (στην πράξη ελαφρώς μικρότερη, επειδή κάποια ενέργεια χάνεται λόγω τριβής και άλλων αναποτελεσματικών).
Η ίδια αρχή μπορεί να λειτουργήσει και αντίστροφα. Σε περίπτωση κάποιου προβλήματος, ο συνδυασμός μεγάλου φορτίου και μεγάλου ύψους μπορεί να επιταχύνει τα μικρά αντικείμενα σε τεράστια ταχύτητα. Τέτοια βλήματα μπορεί να προκαλέσουν σοβαρή ζημιά σε κοντινές κατασκευές και ανθρώπους. Οι γερανοί μπορούν επίσης να λάβουν αλυσιδωτές αντιδράσεις. η ρήξη ενός γερανού μπορεί με τη σειρά του να αφαιρέσει τους κοντινούς γερανούς. Οι γερανοί πρέπει να παρακολουθούνται προσεκτικά.
