صورت سؤال:
دانش‌آموزی می‌خواهد با کمک موتور الکتریکی، ماشینی را به حرکت درآورد. در صورتی که موتور الکتریکی به قرقره‌ها یا چرخ‌دنده‌های مشخص‌شده در شکل متصل شود، کدام گزینه باعث می‌شود ماشین در همان جهت حرکت موتور الکتریکی حرکت کند؟
هدف این است که جهت چرخش خروجی (قرقره یا چرخ‌دنده دوم) همان باشد که موتور دارد.

شکل الف – تسمه ساده بین دو قرقره
در این حالت، تسمه به‌صورت مستقیم و بدون ضربدر، دو چرخ را به هم متصل کرده است.
در تسمه مستقیم، دو چرخ در یک جهت می‌چرخند.
اگر موتور ساعت‌گرد بچرخد، چرخ دوم هم ساعت‌گرد خواهد چرخید.
پس جهت حفظ می‌شود.
نتیجه: مناسب است

شکل ب – دو چرخ‌دنده معمولی درگیر
درگیر بودن چرخ‌دنده‌ها باعث می‌شود که چرخ دوم در جهت مخالف چرخ اول بچرخد.
یعنی اگر موتور ساعت‌گرد بچرخد، چرخ دوم پادساعت‌گرد می‌شود.
پس جهت تغییر می‌کند.
نتیجه: نامناسب است

شکل ج – تسمه ضربدری (صلیبی)
در این حالت تسمه از وسط ضربدر شده است.
این ضربدر باعث می‌شود چرخ دوم در خلاف جهت چرخ اول بچرخد.
پس اگر موتور ساعت‌گرد باشد، خروجی پادساعت‌گرد خواهد بود.
نتیجه: نامناسب است

شکل د – چرخ‌دنده داخلی
در این حالت، چرخ‌دنده کوچک (محرک) درون چرخ‌دنده بزرگ (داخلی) قرار دارد.
نکته مهم این است که در چرخ‌دنده داخلی، بر خلاف چرخ‌دنده‌های معمولی، هر دو چرخ‌دنده در یک جهت می‌چرخند.
یعنی اگر موتور ساعت‌گرد بچرخد، چرخ‌دنده حلقوی هم ساعت‌گرد خواهد چرخید.
جهت حفظ می‌شود.
نتیجه: مناسب است

نتیجه نهایی:
فقط شکل‌های الف و د باعث می‌شوند که جهت چرخش ماشین (خروجی) با موتور یکسان باشد.
پس فقط این دو طرح برای حفظ جهت مناسب‌اند.

پاسخ درست: گزینه 4 (الف و د)

توجه:
در برخی پاسخ‌نامه‌ها گزینه 1 (فقط الف) به‌اشتباه به‌عنوان پاسخ درست معرفی شده که بر اساس اصول مکانیک و منابع علمی مانند کتاب‌های هوش تیزهوشان، نادرست است.
شکل د (چرخ‌دنده داخلی) نیز جهت را حفظ می‌کند و باید در پاسخ لحاظ شود.