قرقره

دید کلی :
شخصی می خواهد وزنه فوق العاده سنگینی را نه از راه پله بلکه از خارج ساختمان و از جلوی پنجره ساختمان بالا ببرد و برای این کار از طناب و قرقره استفاده می کند. این وسایل باعث می شوند که وزنه با نیروی کمتر از وزن خود بالا کشیده شود.
این کار چگونه عملی می شود؟
ابتدا جسم سنگینی را که از دو طناب آویزان است در نظر بگیرید. در این مجموعه نیروی روبه بالای وارد بر جسم برابر کشش طنابهاست و مجموع کششهای طنابها بر طبق شرط تعادل نیروها برابر وزن جسم باشد. اگر وزنه و سیستم آویختن آن متقارن باشد، کشش هر طناب برابر نصف وزن جسم خواهد بود.
قرقره ثابت :
سیستمی را در نظر بگیرید که در آن طناب قرقره ای وصل شده است در این حالت یک طناب وجود دارد که از روی قرقره گذشته است. کشش طناب در تمام طول آن یکسان است. اگر کشش طناب در یک طرف قرقره با طرف دیگرش متفاوت باشد، قرقره شروع به چرخش می کند تا کشش طنابها در طرفین برابر شود. در چنین حالتی نیروی کشش طناب فقط نصف وزن جسم است. زیرا دو نیروی مساوی به سمت بالا با نیروی وزن رو به پایین جسم را در حال تعادل نگه می دارند. در حالت کلی قرقره ثابت فقط جهت نیرو را تغییر می دهد.
قرقره متحرک :
سیستم دیگری که در بالا بردن اجسام کمک می کند قرقره متحرک است. انتهای طنابی را به تکیه گاه ثابتی ببندید و انتهای دیگرش را که از شیار قرقره متصل به وزنه ای وصل شده ، عبور داده و بالا بکشید.
از هیچ چیزی بدست آورده اید!
درست است که به کمک قرقرهها جسم را با نیروی کمتری بالا می برید، اما باید طناب را بیشتر از حالتی که جسم را مستقیما بالا می برید، بکشید.
هر بار که شما طناب را 3m با دست بکشید، جسم فقط 1.5m بالا می آید. توجیه این مساله چنین است که اگر جسم 1.5m بالا بیاید، هر دو طرف طناب که جسم را نگه داشته اند نیز 1.5 متر کوتاه می شوند. بنابراین ، شما بایستی 3m طناب کشیده باشید. یعنی ، جسم با نیرویی برابر نصف وزن آن بالا کشیده می شود.
وزن جسمی که بالا کشیده می شود را نیروی مقاوم و فاصله الی که جسم بالا می رود را بازوی مقاوم می نامند. نیرویی که شما به کار می برید، نیروی محرک و مسافتی که این نیرو در آن اعمل می شود بازوی محرک نام دارد. بازوی محرک همواره برابر بازوی مقاوم ضربدر تعداد طنابهاست.
قرقره مرکب :
هدف از به کار بردن دستگاهها کاهش نیروی محرک است. می توان دستگاه قرقرهها را طوری باهم ترکیب کرد که نیروی محرک بازهم کمتر شود. اگر قرقره متحرکی که وزنه ای به آن بسته شده را از طریق طنابی به یک قرقره ثابت سوار کنیم. نیروی مقاوم به جای دو طناب ، میان سه طناب تقسیم می شود. در این حالت بازوی محرک سه برابر بازوی مقاوم می باشد.
با استفاده از قرقرههای بیشتر بازهم می توان نیروی محرک را کمتر کرد.
در ترکیب قرقرههای مرکب چنین تصور می شود که اصطکاک بیشتر ظاهر می شود، در صورتیکه اصطکاک در آرایش هندسی دستگاه تاثیری ندارد. اما اصطکاک طناب با قرقره مهم است که برای کاهش آن (تا ناچیز و قابل صرف نظر شود) قرقره را روغن کاری می کنند.
خیالاتی نشوید:
کم کردن نیروی محرک با به کار بردن تعداد بیشتری از قرقرهها محدودیت دارد. زیرا در تحلیل اخیر از عواملی همچون نیروی اصطکاک ، وزن قرقرههای متحرک کشانی طناب و مقاومت هوا صرف نظر کردیم. در حالت واقعی مساله ، هر بار که یک قرقره اضافه کنیم اصطکاک دستگاه افزایش می یابد. اگر قرقره متحرک باشد که در واقع این نوع قرقره نیروی محرک را کاهش می دهد، وزن آن به نیروی مقاوم اضافه می شود. نیروی محرک در یک دستگاه واقعی همواره از نیروی محرک ایده آلی که با تقسیم نیروی مقاوم میان طنابها بدست می آید، بزرگ است.
اگر تعداد قرقرهها افزایش یابد ممکن است مقدار نیروی مقاوم به طور قابل ملاحظه ای افزایش یابد. نیروی اصطکاک نیز ، با اینکه باعث افزایش نیروی محرک می شود، هیچ تاثیری در مقداری که باید طناب کشیده شودش، ندارد.
مزیت مکانیکی قرقره :
مزیت مکانیکی کمیتی است بی بعد که در ماشینهای مکانیکی مطرح می شود. طبق تعریف نسبت بازوی محرک بر بازوی مقاوم یا نیروی مقاوم بر نیروی محرک مزیت مکانیکی دستگاه می باشد. این مقدار برای قرقره ثابت و متحرک 2 بوده و برای قرقره متحرکی که از دوتا قرقره ثابت و متحرک شکل گرفته برابر 3 می باشد.