قرقره متحرک: دوست نیرو
قرقره چیست و چه انواعی دارد؟
قرقره در واقع یک چرخ شیاردار است که طناب یا کابل روی آن قرار میگیرد. ما دو نوع اصلی قرقره داریم:
| نوع قرقره | ویژگی اصلی | تأثیر روی نیروی محرک | مثال ساده |
|---|---|---|---|
| قرقره ثابت | به یک تکیهگاه (مثل میله یا سقف) ثابت شده است. | نیروی لازم را کاهش نمیدهد. فقط جهت نیرو را تغییر میدهد (مثلاً کشیدن به سمت پایین به جای بالا). | چاه آب سنتی یا پردههای کشویی. |
| قرقره متحرک | به جسم متصل است و همراه آن حرکت میکند. | نیروی لازم برای بلند کردن جسم را کاهش میدهد (تقریباً به نصف). | سیستم بلند کردن بار در کارگاه یا جرثقیلهای کوچک. |
قرقره متحرک چگونه نیرو را کاهش میدهد؟
بیایید یک آزمایش فکری انجام دهیم. فرض کنید میخواهید یک جعبهی 100 نیوتنی را بلند کنید. اگر مستقیماً آن را بالا بکشید، باید نیرویی برابر وزن آن، یعنی 100 نیوتن وارد کنید.
حالا اگر یک قرقره متحرک را به جعبه وصل کنید و طناب از آن بگذرد، اوضاع تغییر میکند. در این حالت، طناب از سقف (یا یک قرقره ثابت) به قرقره متحرک میرسد و سپس به دست شما بازمیگردد. وزن جعبه بین دو قسمت طناب تقسیم میشود: قسمتی که از قرقره به سقف میرود و قسمتی که به دست شما میرسد.
$F = \frac{W}{2}$
پس برای جعبه 100 نیوتنی، فقط به 50 نیوتن نیرو نیاز دارید! این کاهش نیرو را مزیت مکانیکی2 مینامند. مزیت مکانیکی قرقره متحرک ساده برابر 2 است.
اما یک نکته مهم وجود دارد: شما برای بلند کردن جسم، باید طناب را دو برابر بیشتر بکشید! اگر بخواهید جعبه را 1 متر بالا ببرید، باید 2 متر طناب بکشید. این همان معامله پایاپای در ماشینهای ساده است: نیرو را کم میکنی، اما مسافت کشش را افزایش میدهی.
قرقرههای متحرک در زندگی ما کجا هستند؟
شاید فکر کنید این قرقره فقط در کارگاههاست، اما در اطراف ما مثالهای زیادی وجود دارد:
۱. دستگاه پرچم: دقت کردهاید برای بالا بردن پرچم، طناب را به سمت پایین میکشید؟ یک قرقره ثابت در بالا وجود دارد که جهت نیرو را عوض میکند. اما در بسیاری از سیستمهای مدرن پرچم، از ترکیب قرقره ثابت و متحرک برای کشیدن راحتتر طناب (بهویژه برای پرچمهای سنگین) استفاده میشود.
۲. آسانسورهای ساختمانی ساده: در برخی بالابرهای کوچک، موتور روی زمین قرار دارد و با استفاده از یک سیستم قرقره متحرک که به کابین وصل است، آن را بالا و پایین میبرد. این کار نیروی مورد نیاز موتور را کاهش میدهد.
۳. تیر و چادر: برای بلند کردن تیرهای سنگین چادر یا کشیدن سخت یک طناب محکم، گاهی از یک قرقره متحرک کمک میگیرند تا نیروی کمتری صرف شود.
۴. سیستم قایقهای بادبانی: برای تنظیم و کشیدن بادبانهای سنگین از ترکیبهای پیچیدهای از قرقرههای ثابت و متحرک استفاده میشود تا دریانوردان بتوانند با نیروی دست، بادبان را کنترل کنند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 قرقره ثابت (Fixed Pulley): قرقرهای که به یک تکیهگاه ثابت بسته شده و فقط جهت اعمال نیرو را تغییر میدهد.
2 مزیت مکانیکی (Mechanical Advantage): نسبت نیروی مقاوم (وزن جسم) به نیروی محرک (نیروی کشش). نشان میدهد ماشین ساده نیروی وارد شده را چند برابر کرده است.
3 قرقره مرکب (Compound Pulley): ترکیبی از چند قرقره ثابت و متحرک که برای افزایش بیشتر مزیت مکانیکی استفاده میشود.
4 ویچ (Winch): وسیلهای مکانیکی برای جمع کردن یا باز کردن طناب یا کابل، که اغلب با سیستم قرقره ترکیب میشود تا نیروی کشش را افزایش دهد.
