ישנם 2 יתרונות לשימוש במערכת עם גלגלות:
-שינוי כיוון התנועה של המשקולות אותה אנו רוצים להרים.
-וחשוב יותר, מערכת עם גלגלות מאפשרת הפחתת הכח הדרוש להרמת המשקולת.

אם נבנה מערכת עם גלגלת אחת או יותר בצורה כזו שהגלגלת משנה את גובהה, הכח שאנו נצטרך להפעיל על מנת להרים את המשקולת יקטן אך נצטרך למשוך אורך חבל גדול יותר.
ביתר פירוט: אם במערכת ישנה גלגלת אחת, אזי הכח שנצטרך להפעיל בכדי להרים את המשקולת יקטן בחצי אבל אורך החוט שימשך יוכפל בשתיים.
אם נבנה מערכת בעלת 2 גלגלות נעות, הכוח שנצטרך להפעיל בכדי להרים את המשקולת יקטן פי 4, אבל החבל אותו יש למשוך גדל פי 4.

כיצד מערכת הגלגלת מאפשרת זאת?
למעשה זה בגלל מושג 'העבודה': כוח X דרך. אנו יכולים להשתמש באיזה כח שאנו רוצים, כל עוד אנו מבצעים אותה כמות של עבודה.

אגב, אחד המסקנות מהחוק הראשון של התרמודינמיקה הינה שתהליך מסויים לוקח אותה כמות של עבודה, לא משנה מהי. כידוע, החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא בעצם הכללה של חוק שימור האנרגיה. הכללה זו מוסיפה את האפשרות של שינוי באנרגיה של מערכת דרך מעבר חום אליה או ממנה, ולא רק דרך עבודה.


בתמונה אנו רואים שכח ההרמה הוא באותו כיוון תנועת המשקולת. הכח שאנו מפעילים להרמת המשקל הינו רק חצי ממה שהינו דרושים לעשות ללא גלגלת, אנו נצטרך להשתמש באורך של חבל שהינו כפול המרחק שהמשקולת מורמת, כך שסך כמות העבודה (כח X דרך) שנעשית הינו אותו דבר.

האם אנו יכולים לבנות מערכת גלגלות כך שהכח רק יילך ויקטן עד כדי שהמערכת תפיק אנרגיה למעננו (נשים יחידת אנרגיה אחת ונקבל 4 יחידות!)?
על פי חוק שימור האנרגיה, מצב ענינים זה לא יכול להיות ישים עבור מערכת עם הרבה גלגלות בכדי להקטין את הכח לכמעט אפס. משיקולי אנרגיה, אם אנו מרימים משקולת של 100 ק"ג למרחק של 1 מטר מעל הקרקע, עלינו לעשות אותה כמות של עבודה באם אנו משתמשים בגלגלת או לא: עלינו להפעיל את אותו כח לאורך אותו אינטרוול מרחק.
אם אנו משתמשים בגלגלת ומפחיתים את הכח שאנו מפעילים ברבע, אנו עדיין נצטרך לבצע את אותה כמות של עבודה. העניין הוא שאנו צריכים למשוך את החבל פי 4 יותר: אנו מושכים בפחות כח אבל אנו צריכים למשוך יותר רחוק (להפעיל את הכח המופחת במשך אינטרוול ארוך יותר).
מערכת הגלגלות אינה משנה את כמות העבודה שנעשית. העבודה הינה הכח כפול המרחק שלאורכו אנו מפעילים את הכח. יתרה מכך, אנו לא משתמשים בפחות אנרגיה, עלינו למעשה להשקיע קצת יותר בגלל החיכוך הנוצר בין הגלגלות והחבלים. החיכוך שנוצר בין החלקים במערכת יפחית מיעילות המערכת.

למרות שאנו מפעילים כח (קטן יותר) למרחק גדול יותר (מושכים את החבל למרחק ארוך יותר) ואף מוציאים אנרגיה קצת יותר (בגלל החיכוך) אנו מרגישים שקל יותר לתפעל מערכת שכזו ושהיא דיי אפקטיבית.
הגלגלת פשוט מאפשרת המרה של הכח בדרך: אנו מושכים בפחות כח, אבל לאורך מרחק ארוך יותר.

מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע   

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

7 תגובות

  • דניאל כוכב

    שאלה בנושא מערכת הכפלת כח

    שלום.
    מה המשמעות של חיבור המשקולת (החלק הנע) בקשר קבוע, יציאה לעוגן (תקרה) לגלגלת, חזרה לגלגלת על המשקולת ויציאה לכבל המשיכה?
    מניסוי ותהייה, אורך הכבל הנמשך יהיה ארוך יותר אך לא נרוויח כח.
    מחפש הסבר פיזיקלי לסוגייה.
    תודה

  • עמוס

    הגהה

    המאמר מעניין ותורם ידע אבל כתוב בצורה מרושלת עם המון שגיאות כתיב.

  • הילה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    קבלי

    מתוך מאגר מדע: סרט על גלגלות.

  • לירן

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

  • ליאור