図のような組合せ滑車を用いて質量200kgの荷をつるとき、これを支えるために必要な力Fは、(1)~(5)のうちどれか。…
揚貨装置の運転のために必要な力学に関する知識 第40問
図のような組合せ滑車を用いて質量200kgの荷をつるとき、これを支えるために必要な力Fは、(1)~(5)のうちどれか。ただし、重力の加速度は9.8m/s²とし、滑車及びワイヤロープの質量並びに摩擦は考えないものとする。
- (1)245N
- (2)280N
- (3)327N
- (4)490N
- (5)653N
正答 (1)
正答は (1)。245N です。
【荷にかかる重さ】
200 × 9.8 = 1960N
【動滑車が3個】
動滑車を一つ通るごとに、力は半分になります。
1個目 1960 ÷ 2 = 980N
2個目 980 ÷ 2 = 490N
3個目 490 ÷ 2 = 245N
まとめると、
1960 ÷(2 × 2 × 2) = 1960 ÷ 8 = 245N
【動滑車と定滑車】
定滑車 力の向きを変えるだけ。大きさは変わらない
動滑車 力が半分になる。ただし引く距離は2倍
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軸が固定されていれば定滑車、荷と一緒に動けば動滑車です。数えるのは動滑車だけで、定滑車は何個あっても力を変えません。
【組合せ滑車の考え方】
動滑車の数を n として、必要な力 = 荷の重さ ÷ 2の n 乗
1個 → 1/2 2個 → 1/4
3個 → 1/8 4個 → 1/16
この形(カスケード)の場合の式です。一本のロープが何本もの枝になって荷を支える形では、荷を支えている枝の数で割ることになるので、数え方が変わります。図をよく見ます。
【仕事の量は変わらない】
力が 1/8 になる → 引く距離は 8倍
得をしているのは力だけで、仕事の総量は同じです。荷を1m上げるには、ロープを8m引かねばなりません。
【ほかの選択肢】
(2) 280N
(3) 327N 1960 ÷ 6(動滑車を足し算で数えた値)
(4) 490N 動滑車を2個と数えた場合
(5) 653N 1960 ÷ 3
(3)と(5)は、割り算でなく足し算や個数で割った値です。
動滑車は一つごとに半分になるので、かけ算で効いてきます。
【この問題の前提】
滑車とワイヤロープの質量、摩擦は考えない
実際は滑車の摩擦があるので、もう少し大きな力が要ります。
出典:揚貨装置運転士 2024年上半期実施分(2024年10月掲載/公益財団法人 安全衛生技術試験協会 公表試験問題)出典元ページ
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最終更新日
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