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滑車は、物体を動かすために加えられなければならない力の方向を変えることによって重い質量の持ち上げを容易にするように設計された器具です。最も基本的なタイプの滑車はロープと滑車から成ります、しかし幾分異なったメカニズムで働く滑車の3つの異なったタイプがあります。
プーリの種類
プーリーには3つの基本的な種類があります：固定プーリー、プーリーおよび複合プーリーシステム。固定プーリーは、ロープを巻いた梁のようなものからぶら下がっている滑車で構成されています。ロープの一方の端を一方の物体に結び付け、もう一方の端を引っ張って持ち上げます。移動体が動くことを可能にする方法で吊り下げられている間、固定滑車は物体が持ち上げられている間同じ場所に留まる。複合プーリシステムは、２つ以上のプーリの間に単一のロープを巻きつけることによって組み立てられる。プーリーシステムの有効性を判断するために、いくつかの簡単な物理学計算を使用できます。
固定滑車と可動滑車
固定プーリは、物体を持ち上げるのに必要な力の量を減らすことはありません。ロープの一方の端を20 kgのブロックに縛るとき、ロープのもう一方の端を引っ張って持ち上げるには、少なくとも同じ量の力を加える必要があります。実際、その力はさらに大きくなります。ロープを動かして摩擦を克服することも必要だからです。物理的には、固定プーリーには機械的な利点はありません。しかしながら、可動プーリは、より少ない労力で荷物を持ち上げることを可能にし、したがって機械的に有利である。しかしながら、それらはロープの異なる部分の間で力を分配することによって働く複合滑車よりもまだ効率が悪い。
複合プーリシステム
複合プーリーシステムは、物体を動かすのに必要な力を分配することによって機能します。 2つの滑車があるシステムでは、ロープは3つのセクションに分けられます。 1つは天井から最初の滑車に行き、そこで物が閉じ込められます。第２部分は、第１プーリから天井に最も近い第２プーリまで延びる。 3番目は2番目の滑車からロープを引く人に行きます。物体の重量が150 kgの場合は、通常150 kgの力でそれを吊り下げます。しかし、プーリーを組み合わせたこの構成では、ロープの各セクションが3分の1の力を引き受けるため、オペレーターがかける総力は50 kgになります。これは物理的な計算で表すことができます。LはFに弦のセクション数を掛けたものに等しく、Lは荷重の重さに等しく、Fは力の量に等しくなります。
計算
単純な物理式L = Fにロープセグメントの数を掛けたものを使用すると、滑車システムで重い物を吊るすのに必要な力の量を計算するのは簡単です。プーリーシステムのロープが4つのセクションに分割されている場合、引っ張られた端にかかる力はロープのもう一方の端で4倍になります。たとえば、被計量物の重さが500 kgで、加えられた力が125 kgの場合は、1.000 = 250 x 4なので、対象物を動かすことができます。ただし、引く必要がある量にも同じ数が掛けられます。たとえば、オブジェクトを1メートル上昇させるために1メートルのロープを引っ張る代わりに、同じ距離を移動するように4メートルのロープを引っ張る必要があります。このため、プーリーシステムはあまり効率的ではないかもしれませんが、それでも優れた機械的利点を提供します。
