滑車や斜面を使っても仕事は楽にならない!?

どんな場所に滑車は使われている?

右の写真のような井戸の水をひもを引いてくみ上げる装置を見たことがありますか?

上のほうについている丸い輪のようなものを滑車といいます。

滑車は身のまわりのたくさんの場所で利用されています

例を挙げると、エレベーターやクレーン車、ロープウェイなど様々です。

いろいろな場所で使われている滑車について学んでいきましょう!

滑車の種類

滑車には2種類あります。井戸についている固定されて動かない滑車のことを定滑車といいます。一方、ものと一緒に動く滑車を動滑車といいます。

エレベーターなどは定滑車と動滑車をいくつも組み合わせることで、重たいものを持ち上げることを可能にしています。

便利な滑車の仕組みについて学んでいきましょう!

定滑車を使っても、ものを持ち上げるために必要な力は変わりません。定滑車の役割は力の向きを変えることです。

しかし、動滑車は定滑車に比べて、必要な力を半分にすることができます!その理由は動滑車は2本のひもで引かれているからです。

2本のひもで引かれている動滑車は、引く力は半分になりますが、ひも2本分を引かなければいけないので、ひもを引く距離は2倍になります。

仕事は加えた力の大きさ〔N〕×動かした距離〔m〕で表されました。

動滑車は力は半分ですが、引く距離は2倍になるので、結果として、動滑車を使っても仕事の大きさは変わりません。

滑車や斜面、てこの原理などを使っても仕事の大きさを変えることはできません。このことを仕事の原理いいます。

 

エレベーターなどは、力の向きを変える定滑車と力の大きさを半分にできる動滑車を組み合わせて、利用しています。

動滑車をたくさん使い、物体を引くひもの数を増やすと、その数の分必要な力は小さくできます。エレベーターやクレーンなど重たい荷物を運ぶ道具はこのように、滑車を組み合わせています。

ただ必要な力は少なくなりますが、ひく距離は大きくなるので、エレベーターの中には、長いひもを収納できるようになっています。

斜面を使った時の仕事の大きさを考えよう!

斜面を使うと滑車を使った時のように、必要な力を小さくすることができます。

しかし、仕事の原理から考えて、仕事の大きさを変えることはできません

それを踏まえて次の問題を考えてみてください。(摩擦は考えません)

仕事の原理から考えて、真上に持ち上げても、斜面を使っても仕事の大きさは同じです。このことから、②の時に必要な力を考えていきます。

まず、①の真上に持ち上げた時の仕事は100N×5mで500Jとなります。

①の仕事が500Jなら②の仕事も500Jなので、xN×10m=500Jという式が立てられて、引く力は50Nであることがわかります。

このように、仕事の原理から、力の大きさや動かす距離を求めることができます。

まとめ

定滑車は力の向きを変えることができる

動滑車は力を半分に、動かす距離を2倍にできる

滑車や斜面、てこを使っても仕事の大きさは変わらないことを仕事の原理という

中3物理
スポンサーリンク
プロフィール
ゆうしろ

公立中学校の現役教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
子供のころ勉強に使っていた学習サイトを自分でも作りたくでトライし始めました!
理科の授業を「何度でもふりかえる」ことが出来るように、知識+思考力がつくサイトにしていきます!

ゆうしろをフォローする
シェアする
理科の授業をふりかえる

コメント