Una gru, detta anche carroponte o carroponte, è un tipo di macchina utilizzata per il sollevamento. Le gru sono generalmente dotate di un avvolgitore (detto anche tamburo per funi metalliche), funi metalliche o catene e pulegge, che possono essere utilizzate sia per sollevare e abbassare materiali che per spostarli orizzontalmente. Utilizza una o più macchine semplici come un paranco per creare un vantaggio meccanico e quindi spostare i carichi oltre la normale capacità di un essere umano. Le gru vengono comunemente utilizzate nel settore dei trasporti per il carico e lo scarico di merci, nel settore edile per la movimentazione di materiali e nell'industria manifatturiera per l'assemblaggio di attrezzature pesanti.
Le prime gru edili furono inventate dagli antichi greci ed erano azionate da uomini o bestie da soma, come gli asini. Queste gru venivano utilizzate per la costruzione di edifici alti. Successivamente furono sviluppate gru più grandi, che impiegavano l'uso di ruote a battistrada umano, consentendo il sollevamento di pesi più pesanti. Nell'Alto Medioevo, furono introdotte le gru portuali per caricare e scaricare le navi e assistere nella loro costruzione; alcune furono integrate in torri di pietra per maggiore resistenza e stabilità. Le prime gru erano costruite in legno, ma con l’avvento della Rivoluzione Industriale presero il sopravvento la ghisa e l’acciaio.
Per molti secoli, l'energia è stata fornita dallo sforzo fisico di uomini o animali, sebbene gli argani nei mulini ad acqua e a vento potessero essere azionati dall'energia naturale sfruttata. La prima energia "meccanica" fu fornita dai motori a vapore, la prima gru a vapore fu introdotta nel XVIII o XIX secolo, e molte rimasero in uso fino alla fine del XX secolo. Le gru moderne utilizzano solitamente motori a combustione interna o motori elettrici e sistemi idraulici per fornire una capacità di sollevamento molto maggiore di quanto fosse possibile in precedenza, sebbene le gru manuali siano ancora utilizzate laddove la fornitura di energia sarebbe antieconomica.
Le gru esistono in un'enorme varietà di forme, ciascuna adattata a un uso specifico. Le dimensioni spaziano dalle più piccole gru a bandiera, utilizzate all'interno delle officine, alle più alte gru a torre, utilizzate per la costruzione di edifici alti. Da tempo le mini-gru vengono utilizzate anche per la costruzione di edifici alti, in modo da facilitare le costruzioni raggiungendo spazi ristretti. Infine, possiamo trovare gru galleggianti più grandi, generalmente utilizzate per costruire piattaforme petrolifere e recuperare navi affondate.
Ci sono tre considerazioni principali nella progettazione delle gru. Innanzitutto la gru deve essere in grado di sollevare il peso del carico; in secondo luogo, la gru non deve ribaltarsi; terzo, la gru non deve rompersi.
Le gru illustrano l'uso di una o più macchine semplici per creare vantaggio meccanico:
•La leva:
Una gru a bilanciere contiene una trave orizzontale imperniata attorno a un punto chiamato fulcro. Il principio della leva consente di sollevare un carico pesante fissato all'estremità più corta della trave mediante una forza minore applicata nella direzione opposta all'estremità più lunga della trave. Il rapporto tra il peso del carico e la forza applicata è uguale al rapporto tra la lunghezza del braccio più lungo e quella del braccio più corto ed è chiamato vantaggio meccanico.
• La puleggia:
Una gru a bandiera contiene un montante inclinato che supporta un paranco fisso. I cavi vengono avvolti più volte attorno al blocco fisso e attorno a un altro blocco collegato al carico. Quando l'estremità libera del cavo viene tirata a mano o da una macchina avvolgitrice, il sistema di pulegge trasmette al carico una forza pari alla forza applicata moltiplicata per il numero di tratti di cavo che passano tra i due blocchi. Questo numero è il vantaggio meccanico.
• Il cilindro idraulico:
Questo può essere utilizzato direttamente per sollevare il carico o indirettamente per spostare il braccio o la trave che trasporta un altro dispositivo di sollevamento.
Le gru, come tutte le macchine, obbediscono al principio di conservazione dell'energia. Ciò significa che l'energia fornita al carico non può superare l'energia immessa nella macchina. Ad esempio, se un sistema di pulegge moltiplica la forza applicata per dieci, il carico si sposta solo di un decimo della forza applicata. Poiché l'energia è proporzionale alla forza moltiplicata per la distanza, l'energia in uscita viene mantenuta all'incirca uguale all'energia in ingresso (in pratica leggermente inferiore, perché parte dell'energia viene persa a causa dell'attrito e di altre inefficienze).
Lo stesso principio può funzionare al contrario. In caso di problemi, la combinazione di carico pesante e grande altezza può accelerare piccoli oggetti a velocità enormi. Tali proiettili possono causare gravi danni alle strutture e alle persone vicine. Anche le gru possono entrare in reazioni a catena; la rottura di una gru può a sua volta distruggere le gru vicine. Le gru devono essere osservate attentamente.
