درس ۲۵: مکانیزم مزیت مکانیکی قرقره
آشنایی با مکانیزم مزیت مکانیکی قرقره
در دروس قبلی آشنایی با علم طراحی مکانیزم‌ها، مکانیزم‌های مختلفی را بررسی کردیم که می‌توانید آن‌ها را در سری مقالات [ علم طراحی مکانیزم‌ها ] مطالعه کنید. در این قسمت قصد داریم تا شما را با مکانیزم مزیت مکانیکی قرقره آشنا کنیم.
قرقره یا به انگلیسی Pulley یک ماشین ساده است که به کمک آن قادر هستیم اجسام سنگین را با نیروی کمتری جابجا کنیم. ساده‌ترین نوع قرقره از یک کابل و قرقره یک ردیفه و قلاب تشکیل شده است.
قرقره یکی از ۶ مدل ماشین ساده (Simple Machine) است که اولین بار در حدود دو هزار سال قبل از میلاد مسیح در مصر باستان مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از قرقره‌ها یک راه مؤثر برای جابجایی اجسام بزرگ هستند. حمل و نقل آن‌ها به مکان مورد نیاز و نصب‌شان آسان است، اما برای نصب قرقره‌ها نیاز‌مند مکانی با صلبیت لازم برای نصب می‌باشد.
قرقره‌ها کاربرد فراوانی در صنعت و زندگی روزمره دارند. از قرقره‌ها در جرثقیل‌ها، بیرون کشیدن آب از چاه و بالابردن پرچم و… استفاده می‌شود.
قبلاً در درس ۷: مکانیزم‌های پیچیدن قرقره، به طراحی مکانیزم‌های مختلف پیچیدن قرقره اشاره کردیم و در این درس می‌خواهیم در مورد مزیت مکانیکی استفاده از قرقره یا افزایش نیرو و سهولت انجام کار با استفاده از قرقره صحبت کنیم. به عبارت دیگر شما با استفاده از مکانیزم مزیت مکانیکی قرقره قادر خواهید بود مثلاً جسمی را با وزن ۱۰۰ نیوتن فقط با نیروی ۲۵ نیوتن جابجا کنید که در ادامه با نحوه انجام آن آشنا خواهید شد.
آشنایی با مفهوم مزیت مکانیکی
مزیت مکانیکی و به انگلیسی Mechanical Advantage به این معنا است که استفاده از یک ماشین چقدر می‌تواند سبب سهولت انجام آن کار شود. برای بررسی بیشتر مزیت مکانیکی دو مفهوم نیروی مقاوم و نیروی محرک معرفی می‌شود:
نیروی مقاوم، به نیرویی گفته می‌شود که مانع حرکت کردن جسم است و آن را با R نشان می‌دهند.
نیروی محرک، به نیرویی گفته می‌شود که موافق حرکت کردن جسم است و آن را با E نشان می‌دهند.
حال مزیت مکانیکی برابر است با نسبت نیروی مقاوم به نیروی محرک که به صورت زیر آن را نشان می‌دهند:
بررسی مزیت مکانیکی انواع قرقره
قرقره ساده تکی
استفاده از قرقره ساده که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، سبب ایجاد مزیت مکانیکی نمی‌شود و فقط جهت اعمال نیرو را می‌توان با استفاده از آن تغییر داد. برای ایجاد مزیت مکانیکی با استفاده از قرقره باید از دو یا چند قرقره استفاده کرد به طوری که هر قرقره مقداری از نیرو را تحمل کند، در ادامه به آن اشاره خواهیم کرد.
در شکل زیر وزن وزنه، ۱۰ نیوتن است و نیروی لازم برای بلند کردن وزنه ۱۰ نیوتن است. در این مکانیزم، مزیت مکانیکی قرقره برابر ۱ است.
قرقره ساده دوتایی
در شکل زیر کماکان نیروی لازم برای بلند کردن وزنه ۱۰ نیوتن است و هیچ مزیت مکانیکی ایجاد نشده است چراکه قرقره دوم هیچ وزنی را تحمل نمی‌کند و فقط سبب تغییر جهت در نیروی اعمالی شده است. در مکانیزم مزیت مکانیکی قرقره زیر مقدار مزیت برابر ۱ است.
قرقره مرکب با ۲ قرقره
در شکل زیر از قرقره مرکب استفاده شده است و نیروی لازم برای حمل بار ۱۰ نیوتنی برابر با ۵ نیوتن می‌باشد. مطابق آنچه که در بالاتر گفته شد برای محاسبه مزیت مکانیکی باید بار مقاوم را تقسیم بر بار محرک کنیم لذا در اینجا مزیت مکانیکی برابر ۲ می‌باشد.
شاید برای شما سؤال شود که آیا قرقره‌ها قانون پایستگی را نقض نمی‌کند؟!
چطوری ممکن است ما در یک طرف با اعمال نیرو کمتر، کار یکسانی را انجام دهیم؟ در اینجا باید توجه شما را با مفهوم کار جلب کنم.
کار برابر است با حاصل ضرب نیرو در جابجایی. در هر سیستم مزیت مکانیکی قرقره، مقدار کار برابر است و برای اینکه بتوان با نیروی کمتر کار مشابه را انجام داد باید جابجایی بیشتری انجام شود. لذا در قرقره مرکب با ۲ قرقره برای اینکه وزنه جابجا شود باید طناب یا کابل، دو برابر جابجایی بیشتری داشته باشد.
کـار= نیـرو × جابجـایی
پس به عنوان نتیجه‌گیری درست است که به کمک قرقره‌های مرکب می‌توان وزنه را با نیروی کمتری بالا برد، اما باید طناب را بیشتر از حالتی که جسم را مستقیماً بالا می‌برید، بکشید.
قرقره مرکب با ۳ قرقره
در شکل زیر از قرقره مرکب استفاده شده است و نیروی لازم برای حمل بار ۳۰۰ نیوتنی برابر با ۱۰۰ نیوتن می‌باشد. مطابق آنچه که در بالاتر گفته شد برای محاسبه مزیت مکانیکی باید بار مقاوم را تقسیم بر بار محرک کنیم لذا در اینجا مزیت مکانیکی برابر ۳ می‌باشد.
این مقاله در تاریخ ۳ شهریور ۱۴۰۲ آپدیت شده است.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.