「動滑車」は、重さの“半分の力”で動く！

中３です。「動滑車」はなぜ、半分の力で動くの…？

　
中学生から、こんなご質問が届きました。

「動滑車の質問です。

　ひもを引く力が、
　持ち上げる物体の重さの半分なのは、

　なぜなのでしょうか…？」

すごく良い質問ですね。

これは、「動滑車」が発明された
理由とかかわります。

理解を深める、大きなコツです。

さあ、成績アップへ、行きますよ！

■まずは準備体操から！

“定滑車と動滑車が、見分けられない…”

という中３生はいませんか。

でも、そんな皆さんは、

こちらのページをまだ読んでいませんね？

◇「定滑車」と「動滑車」の見分け方

◇２つの滑車のしくみ

◇“ひもを引く力”

について、解説しました。

読んだあとに戻ってくると、

“すごく分かるようになったぞ！”

と実感がわくでしょう。

理科のコツは、基礎から１つずつ
積み上げることです。

実力アップに直結しますよ！

…

■２人で荷物を持つと？

では、準備のできた中３生に向けて、

本題へと進みましょう。

コツをつかむには、

こんな“たとえ話”が有効です。

５ｋｇの荷物を、

「１人で持つ」のと「２人で持つ」のとでは、

どちらが軽く感じますか？

そうですね、

「２人で持つ」ほうが軽く感じますよね。

じつは、「動滑車」は、

このように「２人で荷物を持つ」
イメージに近いんです。

これを初めて発明した人は、

◇２人で荷物をもつ＝２か所で「重さ」を支える

ということを考えたのです。

では、「動滑車」の話をしましょう。

動滑車では、

１本のひもの真ん中に滑車をかけ、

ひもを上向きにして、物体を支えます。

“１本のひも”しか使いませんが、

まるで２本のひもを使っている
ように見えます。

そして実際に――

動滑車の左右のひもで
「重さ」を分け合い、

物体を支えるのです。

たとえば、

物体の重さを、５０Ｎとします。

重力で、下向きに５０Ｎの力が
はたらくので、

これを支えるには、

上向きに５０Ｎの力が必要です。

１か所でこの「重さ」を支えようとすれば、

そこに５０Ｎがズシッとかかります。

でも動滑車なら、

ひもの左右の２か所で
分け合って支えるので、

負担は半分ずつでよいのです。

だから、

５０ ÷ ２＝２５Ｎ

となるのですよ。

（ちなみに、

　滑車の摩擦や、ひもと滑車の質量は
　考えないことにします。

　中学生の理科テストでは、

　これらは考えなくてよいことに
　なっているからです。

　でも、自分で機械を設計する、

　つまりプロになるなら、
　考える必要もありますよ。）

中３理科のテストでは、

「ひもを引く力」、すなわち

“片方のひも”にかかる力だけが
よく問われますね。

だから、

◇「ひもを引く力は、持ち上げる物体の重さの半分」

と言えるのです。

これで納得ですね！

…

■２人で同じ高さまで持ち上げる？

では、“大事な続き”のお話です。

コツはもう少しあるんですよ。

・「５ｋｇの荷物を２人で持つ」

というたとえ話を使い、

再度、皆さんに質問です。

［質問］

５ｋｇの荷物を、１ｍの高さまで上げます。

荷物を持っている２人は、

それぞれ何ｍを、持ち上げればいいでしょうか？

５秒考えてください。

はい、ではどうぞ～～！！

（「…ええぇっ？」

　と思う中学生もいるかもしれませんが、

　元気のいい声が響きましたね。

　皆さん、さすがです。

　このサイトの効果で、
　勉強が楽しくなったんですね！）

（答）

「そんなの、２人とも１ｍ

　持ち上げないとダメでしょ。

　じゃないと、荷物が傾いて落ちるかも…」

―― その通りです！

１人だけが１ｍ持ち上げても、

荷物が傾いていれば、

“きちんと持ちあげた”とは言えませんね。

（色々な意味で危ないですし…）

実はこれが、動滑車の話に
つながるのです。

動滑車では、

ひもの左右の部分で
物体を支えていましたね。

そのため、

物体を１ｍの高さまで上げたいなら、

左側も、右側も、どちらも１ｍ
上げないといけません。

動滑車のしくみを知っている
中３生の皆さんは、

ひもが２本なのではなく、

じつは１本であると知っています。

そして、

左右のひものうち、片方は
天井につながっているのも見えます。

ということは――

天井側のひもを引くことは
できないので、

「手で引っぱる側」のひもしか、

実際には引けません。

だから、２ｍ引く必要があるのです。

荷物を１ｍ持ちあげるには、

ひもを２ｍ引く。

すると、動滑車の左右について、
１ｍずつ高さが上がり、

荷物が１ｍ上がるというわけです。

「動滑車」では、

荷物を上げる高さに対して、

◇「ひもを引く距離は２倍」

この大事な性質も、

“そんなの常識！”

と皆さんは元気に言えます。

理科のコツを、ばっちり押さえましたね。

…

さあ、中３生の皆さん、
次のテストは期待できそうですね。

定期テストは、「学校ワーク」から
どんどん出るものです。

問題を予想できるので、

スラスラできるよう、
何度も練習しておきましょう。

周りを驚かせるときが来ましたよ！
　