滑車は燃料や電気を使わず、自力で動くことはありませんが、それでも機械です。 Merriam-Webster辞書で単語が定義されている方法のマシンではなく、エンジニアが単語を定義する方法のマシンです。 「単純機械とは、私たちが加える力を増やしたり増やしたりするために使用できる装置です。 — 多くの場合、力を加える距離を犠牲にして」
各マシンにはメカニカルアドバンテージがあります
単純な機械のリストには、ハンマー、ドライバー、ドアノブなど、人々が毎日使用するアイテムが含まれています。 これらの道具はすべて、単純機械の6つの古典的なカテゴリの1つに分類されます。 カテゴリは次のとおりです。
- ホイールとアクスル
- プーリー
- レバー
- 傾斜面
- スクリュー
- ウェッジ
一部の科学者は、ねじとくさびを特殊なタイプの傾斜面と見なしているため、リストは4つのエントリに減ります。 プーリーをホイールとアクスルの特殊なケースと見なして、リストを3つの項目に減らすこともできます。 ただし、リストにあるアイテムの数に関係なく、プーリーは機械としての資格があります。
機械の出力力と適用する力の比率は、機械の出力として知られています。 メカニカルアドバンテージ （MA）。 機械が機械であるためには、出力力が入力力よりも大きくなければなりません。つまり、メカニカルアドバンテージは常に1より大きくなければなりません。 メカニカルアドバンテージが大きいほど、マシンを機能させるためにマシンに入力する必要のある力が少なくなります。
プーリーシステムのメカニカルアドバンテージ
滑車なしで荷物を特定の高さまで持ち上げるのに必要な力（出力力、F）を計算することにより、滑車システムの機械的倍率を計算できます。O）次に、プーリーでそれを行うために必要な力（入力力F私). メカニカルアドバンテージは、入力力に対する出力力の比率です：MA = FO/ F私. 入力力が出力力に比べて小さいほど、メカニカルアドバンテージは大きくなります。
単純なプーリーシステムの場合、そのメカニカルアドバンテージの計算は途方もなく簡単です。 荷重を支えるロープの数を数えるだけです。
メカニカルアドバンテージがわかれば、既知の重量を持ち上げるのに必要な力を計算できます。 力と重量は同じ意味なので、メカニカルアドバンテージを計算することで、プーリーの負荷の減少を把握することができます。
メカニカルアドバンテージを得るには、より多くのロープを引く必要があります
「待って」とあなたは言います。 「メカニカルアドバンテージがロープの数に等しいことをどうやって知っていますか？」 この質問に答えるには、何を知る必要があります 作業 は、9対5の仕事で行うような仕事ではありません。
物理学者に関する限り、距離（d）に力（F）を加えることによって仕事（W）を行います。 力に距離を掛けて仕事を計算します。
W = F•d。
仕事はエネルギーに関連しており、自然の最も基本的な法則の1つは、エネルギーは常に保存されるということなので、仕事は保存されなければなりません。 滑車システムに加えられる力が荷物を持ち上げるのに必要な力よりも小さい場合は、作業量を荷物を持ち上げるのに必要な作業量と等しくするために何かを変更する必要があります。
変化する量は距離です。 滑車システムを使用する場合、負荷を持ち上げるのに加える力は少なくなりますが、負荷を特定の高さに上げるには、より多くのロープを引く必要があります。 ダブルプーリーシステムを使用している場合は、2倍のロープを引く必要があります。 トリプルプーリーシステムでは、3倍引っ張る必要があります。 実際、どの滑車システムでも、荷重を支えるロープの数を数えることで、引っ張らなければならない余分なロープの量を計算できます。
重量、力、プーリーの負荷を軽減
重量と力は同じ量です。 物体の重さは重力によって加えられる力に他ならないので、物体を持ち上げるときは、重力に等しい力を加える必要があります。 単一の滑車システムを使用している場合、滑車を使用すると、ロープを引き上げるのではなく引き下げることができます。これは間違いなく簡単ですが、 あなたが行使する力 まだ等しい 荷物の重量 あなたは持ち上げています。
最初の滑車の下に滑車を追加し、両方の滑車の周りにロープを巻き付け、2番目の滑車からの荷重を吊り下げると、荷重は2本のロープで支えられるようになります。 したがって、この新しく改良されたプーリーシステムのメカニカルアドバンテージは2であり、それはあなたが努力するだけでよいことを意味します 負荷の重量の半分に等しい力 それを持ち上げる。 最初の滑車から3番目の滑車を吊り下げ、3本のロープが荷物を吊り下げるようにロープをループさせます。荷物を持ち上げるために加える必要のある力は、その重量の3分の1にすぎません。
一般に、滑車の負荷軽減は、負荷を支えるロープの数の逆数であると言えますが、実際の滑車システムでは、ロープが4本を超えるものはほとんどありません。 したがって、実現できる最大のプーリー荷重の低減は、荷重の4分の1の重量です。 実際には、プーリーの摩擦を考慮する必要があるため、実際の負荷の減少はこれよりわずかに少なくなります。
プーリー重量計算機の例
あなたが自分で200ポンドの人を持ち上げることができると仮定します、しかしそれはあなたの重量挙げ能力の限界です。 2,000ポンドの自動車を持ち上げるための滑車システムを考案できますか？ おそらく、4プーリーシステムでも重量が4分の1しか減らないからではなく、それでも500ポンドです。
滑車システムのペアを装備して、あなたと同じくらい強い友人にそれらの1つを引っ張ってもらうことができると仮定します。 それでも問題は発生しますが、各プーリーが重量の半分、つまり1,000ポンドを持ち上げ、その重量の4分の1が250ポンドになるため、問題が発生する可能性があります。 ただし、3人目の滑車と3人目の人を仕事に追加した場合、各人は167ポンドの力を加えるだけで済み、これは十分に能力の範囲内であるため、このシステムは簡単に機能します。
滑車の重量計算機は、ロープを引くときに最初に持ち上げる重量に依存しません。これは、1人が他の2人より先に引くと、車が動かないためです。 荷重を適切に分担し、3つの滑車に均等に重量を分散させるには、3人全員が同時に引っ張る必要があります。 3人が同時に作業する場合、実際には、車を支える12本のロープがあります。 プーリーシステム12のメカニカルアドバンテージであり、車両を持ち上げるのに必要な正味の力を2,000÷12 = 167ポンド。