مترجم: بهروزی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
قرقره ها به عنوان نوعی ماشین ساده که دارای چرخ شیاردار و طناب و یا کابل هستند، طبقه بندی می شوند. این وسایل به ما کمک می کنند بارهای سنگین را به روش کارآمد بلند کنیم و اشیا مختلف را نیز در هوا معلق نگه داریم (مثلاً پرچم). این مقاله را بخوانید تا بیشتر در مورد انواع مختلف سیستم های قرقره و مکانیزم کار آنها بدانید.
واقعیت صریح:
طبق افسانه ها، معتقدند که ماشین طناب و قرقره و ماشین آلات مرتبط با آن، حدود 250 سال قبل از میلاد توسط ارشمیدس در شهر سیراکوز اختراع شد. گفته می شود او مجبور بود کشتی جنگی پر از سربازان را با چنین سیستم قرقره ی متحرک در بین النهرین باستانی حرکت دهد.
یک ماشین ساده، وسیله ای مکانیکی است که بلند کردن و یا حرکت بار را با تغییر جهت و یا افزایش مقدار نیروی اعمالی بر روی بار، برای ما آسان تر می سازد. چنین وسیله ای از نیروی منفرد که اعمال می شود بهره می برد و با آن، کار بر روی بار منفرد انجام می شود. تعدادی از ماشین های ساده وقتی کنار هم قرار می گیرند، ماشین پیچیده را تشکیل می دهند که نیروی لازم برای انجام کار بر روی بار را بیشتر کاهش می دهند (برای مثال بلند کردن اشیا سنگین با جرثقیل). چنین وسایلی نه تنها به شکل مکانیکی موجودند بلکه بخشی از بدن انسان ها و حیوانات دیگر نیز هستند (برای مثال دست ها و پاها به عنوان اهرم عمل می کنند). در زندگی روزمره ، ما از این وسایل ساده استفاده می کنیم بدون این که آگاهانه خبر داشته باشیم. در پاراگراف های بعدی با مفهوم نوع مهمی از این ماشین ها که قرقره نامیده می شوند، آشنا خواهید شد.
توضیحات:
قرقره، ماشین ساده ای است که شامل یک چرخ با شیار است و در طول محیط خود بین دیواره های چرخ می گردد. طناب یا کابل از شیار عبور می کند و در انتها به بار متصل می شود و نیروی لازم برای انجام کار، در طرف دیگر اعمال می شود. این سیستم ها به طور موثر مقدار نیرویی را که فرد باید برای بلند کردن وزنه اعمال کند، کاهش می دهند. حالا بسیاری از قرقره های مدرن، با الکتریسیته کار می کنند.
شما باید وزنه ی بار 100 کیلوگرمی را به کمک سیستم قرقره ی گروه 1 بلند کنید. در این مورد، نیرویی که در یک طرف طناب اعمال می شود برابر با نیروی لازم برای بلند کردن 100 کیلوگرم است. در سیستم قرقره ی گروه 2، وزنه بین حداقل دو رشته تقسیم می شود در نتیجه نیروی اعمالی، معادل با نیروی لازم برای انجام کار در بلند کردن بار 50 کیلوگرمی است.
اصول کار:
سیستم قرقره بر اساس انتقال کاهش وزن بار که توسط فرد اعمال کننده ی نیرو تجربه می شود، کار می کند. بار در یک انتهای طناب و یا کابل که مقاومت دارد، بسته می شود و انتهای دیگر با حضور نیرو مشخص می شود. سیستم های قرقره ی مدرن، کم و بیش ماشین های مرکب ترکیبی با چرخ و قرقره و یا ماشین های ساده ی دیگر هستند.
مزیت مکانیکی واقعی (AMA) به صورت نسبت نیروی خروجی به نیروی ورودی که بر روی قرقره ها اعمال می شود، تعریف می شود. این مزیت در شرایطی محاسبه می شود که مقاومت ارائه شده توسط اصطکاک، بر کل سیستم اعمال می شود. این نوع مزیت به صورت زیر نشان داده می شود:
AMA = (بار نیروی)⁄(کار نیروی)
حالا، نسبت این نیرو ها مستقیماً متناسب با مسافت طی شده توسط بار و نیروی طناب است. هم چنین بار به طور برابر بین رشته های مختلف طناب تقسیم می شود و نیرو برابر با کشش ایجاد شده توسط کل طناب و یا بخش کابلی سیستم است.
در نتیجه بار و نیرو را می توان به صورت زیر نشان داد:
بار (L) =nT
نیرو (E)=T
که در آن n نماد تعداد رشته های طناب و T نمایانگر نیروهای کششی است.
در معادله ی ذکر شده در بالا، نیروهای اصطکاکی بر روی مکانیزم کار تأثیر می گذارند در نتیجه مزیت مکانیکی ایده آل (IMA) را می توان محاسبه نمود. مزیت مکانیکی ایده آل به صورت نسبت تعداد رشته ها و یا بخش های طناب به نیروهای کششی که بر روی طناب اعمال می شوند، تعریف می شود. این نوع مزیت به صورت زیر نشان داده می شود:
IMA = nT/T = n (بخشها یا و طناب رشته های تعداد)
در نتیجه مزیت مکانیکی ایده آل، فقط در سیستم های قرقره ی مرکب و متحرک برابر با تعداد رشته های طناب است.
اگر تعداد قرقره ها افزایش یابد، نیرویی که باید اعمال شود کاهش می یابد. بسته به تعداد قرقره های به کار رفته، تعداد گره های طناب و یا کابل و کاهش حاصله در نیروی اعمال شده توسط فرد، قرقره ها عمدتاً به سه گروه طبقه بندی می شود که در بخش های زیر توصیف شده اند.
انواع سیستم های قرقره:
سیستم قرقره گروه 1 یا ثابت:
سیستم قرقره ی گروه 2 یا متحرک:
سیستم قرقره ی مرکب:
کاربردها و مثال ها:
در زمان های مدرن، سیستم قرقره برای بلند کردن بار تا ارتفاع های قابل توجه به کار می رود. قرقره های مرکب توسط جرثقیل برای بلند کردن بار به کار می روند. قرقره ی ساده در میله ی پرچم برای بالا بردن پرچم به کار می رود اما ماشین های طناب و قرقره در کشتی ها برای بالا بردن بادبان های سنگین به کار می روند. گاهی اوقات سیستم طناب و قرقره به یک سیستم دیگر متصل می شود تا مزیت مکانیکی چند برابر افزایش یابد. هم چنین این سیستم قرقره، عمدتاً وقتی باید بارهای سنگین بلند شوند به کار می رود؛ برای مثال در کارخانه ی کشتی سازی و لنگرگاه، کشتی های بزرگ، ماشین آلات صنعتی و غیره. موارد دیگری که در آنها چنین ماشین های ساده به کار می روند عبارتند از: کرکره ی پرده، طناب رختشویی قابل تنظیم و میله های ماهی گیری.
انداختن درخت های مو بر روی شاخه های درختان توسط مردم قدیمی برای بلند کردن بار، سناریوی دشواری برای تصور نیست. قرقره ها اصلاح شده اند ولی تکنولوژی های جدیدتر راجع به اینها، هنوز در حال توسعه هستند تا به بلند کردن بارهای سنگین تر به ما کمک کنند.
