اگر شما تا به حال به انتهای یک جرثقیل نگاه کرده باشید و یا اگر تا به حالا از یک موتور بالابر یا جلوبر استفاده کرده باشید یا به طنابها و بادبانهای یک کشتی نگاه کرده باشید یک قرقره و ریسمان در حال کار را دیده اید. یک قرقره و ریسمان یک ترکیب از طناب و قرقره هایی است که به شما این امکان را می دهد که نیرو را به فاصله های مختلف منتقل کنید.
درک چگونگی کارکرد قرقره و ریسمان
تصور کنید که آرایشی از یک وزنۀ 4/45 کیلوگرمی که از یک ریسمان آویخته شده است همانطور که در شکل نشان داده شده است دارید:
در شکل بالا اگر قصد آویختن وزنه در هوا را داشته باشید در نتیجه شما باید یک نیروی رو به بالای454 نیوتونی به ریسمان وارد کنید. اگر ریسمان 5/30 متر بلندی داشته باشد و شما بخواهید وزنه را 5/30 متر بلند کنید در نتیجه شما باید 5/30 متر ریسمان را بکشید تا این کار انجام شود. این موضوع ساده و آشکار است.
حالا تصور کنید که یک قرقره به نحوی که در شکل نشان داده شده است به ترکیب اضافه کنیم:
آیا این کار چیزی را تغییر می دهد؟ در واقع نه. تنها چیزی که تغییر می کند جهت نیرویی است که شما باید برای بلند کردن وزنه به کار ببرید. شما هنوز باید نیروی 454 نیوتونی برای آویختن وزنه را اعمال کنید، و هنوز باید 5/30 متر از ریسمان را بکشید تا وزنۀ 454 نیوتنی را بالا ببرید.
شکل زیر آرایش سیستم را بعد از اضافه کردن قرقرۀ دوم نشان می دهد:
این آرایش در واقع مسائل را به طور مهمی تغییر می دهد. در اینجا شما می توانید ببینید که وزنه حالا توسط دو ریسمان به جای یک ریسمان آویخته شده است. این بدان معناست که وزن به طور مساوی بین دو قرقره تقسیم شده است، بنابراین هر یک از آنها تنها نیمی از وزن را نگاه می دارد، به عبارت دیگر هر کدام 7/22 کیلوگرم را نگاه می دارند. این بدان معناست که اگر شما بخواهید وزنه را در هوا آویخته نگاه دارید، تنها باید 227 نیوتون نیرو وارد کنید(سقف 227 نیوتون نیروی دیگر را به انتهای دیگر ریسمان وارد می کند). اگر شما می خواهید وزنه را 5/30 متر بلند کنید در نتیجه باید ریسمان را دو برابر قبل یعنی 61 متر بکشید. این یک دستگاه انتقال نیروی با کاهش نیروی وارد بر فرد کشندۀ ریسمان را نشان می دهد. نیرو به دو قسمت تقسیم شده اما مقداری که ریسمان باید کشیده شود دو برابر شده است.
در دیاگرام زیر قرقرۀ سوم و چهارم به آرایش افزوده شده است:
در این دیاگرام قرقره ای که به وزنه متصل شده است همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است در واقع شامل دو قرقرۀ جداگانه بر روی یک محور استوانه ای می باشد. این آرایش دوباره نیرو را به دو قسمت تقسیم کرده و فاصله را دو برابر می نماید. برای نگاه داشتن وزنه در هوا شما باید تنها 5/113 نیوتون نیرو وارد کنید اما برای بالا بردن وزنه به اندازۀ 5/30 متر باید حالا ریسمان را به اندازۀ 122 متر بکشید.
یک دستگاه قرقره و ریسمان می تواند هر تعداد قرقره ای که شما بخواهید را داشته باشد هرچند که با افزایش قرقره ها مقدار اصطکاک در محور استوانه ای قرقره ها تبدیل به عامل مهم مقاومت می شود.