قرقره و انواع آن در صنایع

تعریف قرقره و انواع آن:
به بیان ساده، قرقره همانند شکل زیر یک چرخ ثابت است که طناب یا سیمی روی آن جهت جابه جایی راحت تر قرار می گیرد.

قرقره نمونه ای از یک ماشین ساده (simple machine) است. لازم به ذکر است که در علوم مهندسی به قسمت فلزی قرقره که طناب روی آن قرار می گیرد «block» و به طناب یا سیم فلزی قرقره، «tackle» می گویند.

مجموعه ای از این ماشین یا ابزار ساده کمک می کند که نیرو به طور موثرتری به کار گرفته شود. به عبارت دیگر باعث می شود که نیرو تکثیر شود. در نتیجه به عنوان مثال می توانید با صرف نیروی25Nجسمی به وزن 100N را از زمین بلند کنید. در ادامه در خصوص چگونگی این امر توضیح خواهیم داد.

قبل از اینکه به چگونگی عملکرد ماشین یا ابزار قرقره بپردازیم، لازم است تا نکته ای در خصوص تفاوت جرم و وزن یک جسم بیان کنیم. در زندگی روزمره گاهاً این دو واژه را به جای یکدیگر با مفهومی یکسان به کار می بریم که امری اشتباه است.

جرم یک جسم در تمامی عالم ثابت بوده و از جرم اتم های تشکیل دهنده آن جسم ناشی می شود. اما وزن نیرویی است که از طرف زمین یا هر سیاره دیگری که جسم در آنجا قرار دارد، وارد می شود. در واقع وزن یک جسم، نیروی گرانشی است که بین جرم جسم و جرم زمین برقرار است.

یک قرقره (یک چرخ):
توسط یک قرقره و یک طناب به سادگی شکل زیر، می توانید جهت نیروی خود را معکوس کنید. در واقع با کشیدن طناب سمت راست به سمت پایین، طناب متصل به جسم سمت راست به طرف بالا حرکت می کند. دلیل این امر در قانون سوم نیوتن (عمل و عکس العمل) و نیرو کشش نخ نهفته است.

دو قرقره (دو چرخ):
در بخش قبل دیدیم که جهت بلند کردن جسم، باید حداقل نیرویی برابر با نیروی وزن جسم وارد کنیم. با افزایش تعداد قرقره ها می توانیم مقدار نیرو اعمالی را کاهش دهیم.

فرض کنید مطابق با شکل زیر، با دو قرقره و یک طناب سعی در بلند کردن جسم 100 کیلوگرمی داریم. با این کار تنها با اعمال نیرویی به مقدار حداقل نصف وزن جسم (500 نیوتن) می توانیم جسم را بلند کنیم.

یکی از ویژگی های مهم ماشین های ساده نظیر اهرم، قرقره، گوه و … مزیت مکانیکی (mechanical advantage) است. مزیت مکانیکی میزان افزایش نیرو اعمالی (مضرب نیرو اعمالی) است.

به عبارت دیگر، حاصل تقسیم نیرویی که ماشین بر جسم وارد می کند بر نیرویی که ما به ماشین وارد می کنیم، مزیت مکانیکی تعریف می شود. همچنین با صرف نظر کردن از اصطکاک، حاصل تقسیم بازوی محرک بر بازوی مقاوم نیز مزیت مکانیکی تعریف می شود.

در مثال فوق، مزیت مکانیکی برابر با مقدار دو است. در واقع نیرویی که ما صرف بلند کردن جسم می کنیم، نصف نیرو وزن آن است. لازم به ذکر است که مزیت مکانیکی را از تقسیم میزان تغییرات طول طناب نیز می توان محاسبه کرد. در سیستم قرقره فوق، انتهای طناب را اگر دو متر بکشیم، جسم به اندازه یک متر بالا می آید.

چهار قرقره (چهار چرخ):
حال اجازه دهید مطابق با شکل زیر تعداد قرقره ها را افزایش دهیم. مطابق با شکل زیر، با اضافه کردن دو قرقره دیگر، می توانیم تنها با اعمال حداقل نیرویی برابر با 250 نیوتن (یک چهارم نیرو وزن جسم 100 کیلوگرمی)، جسم مذکور را از زمین بلند کنیم.

در اینجا مزیت مکانیکی برابر با مقدار چهار است. همچنین جهت بلند کردن جسم به ارتفاع 1 متر، نیاز است تا سمت باز طناب را به مقدار 4 متر بکشیم.

شباهت قرقره به اهرم:
همان طور که در بالا مشاهده کردید، قرقره همانند یک اهرم می تواند نیرو اعمالی شما را چند برابر کند. اگر بخواهید جسمی به وزن 4 برابر جسم دیگر را توسط اهرم (الاکلنگ) همانند شکل زیر بلند کنید، باید چهار برابر دور از نقطه تعادل اهرم (lever) قرار بگیرید.

در این صورت با جابه جایی جسم سبک تر به اندازه مثلاً 4 سانتی متر جسم سنگین به اندازه 1 سانتی متر به سمت بالا می رود. به عبارت دیگر مقدار نیرو در هر دو سمت اهرم برابر با حاصل ضرب وزن جسم در فاصله از مرکز تعادل است. باید برابر باشد.

با توجه به مطالب فوق، به نظر می رسد که سیستمی متشکل از چندین قرقره، ابزاری است که می توانیم با صرف مقدار کمی انرژی، انرژی را چندین برابر کنیم! اما این امر به دلیل قانون پایستگی انرژی امکان ناپذیر است.

درست است که در شکل (5 یا 6) دیدیم که با صرف نیرو 250 نیوتنی توانستیم وزن 1000 نیوتنی را بلند کنیم، اما مقدار کاری (انرژی) که انجام دادیم در هر دو سمت قرقره یکسان است.