قرقره - قسمت سوم

   سلام

      بحث در مورد قرقره ادامه دارد. یادم هست در درس علوم قرقره را در کنار اهرم  یاد گرفتیم. اهرم و قرقره هر دو وسایلی بودند که باعث می شدند بتوانیم اجسام سنگین را که با دو دست قادر به بلند کردن آن نبودیم،‌ جا به جا کنیم. در این قسمت از مقاله قصد دارم یک مقدار علمی تر و فیزیکی تر به قضیه نگاه کنم و بعد هم در خدمتتان هستم با انواع قرقره و نمودار آن ها. این مقاله از ویکی پدیا و همچنین لینک زیر برگرفته شده است. در ضمن مطالب مربوط به قرقره از سایت hunter's friend ترجمه شده است. 

http://www.sparknotes.com/testprep/books/sat2/physics/chapter8section2.rhtml

         

 

      قرقره ها ماشین های ساده ای هستند (منظور این نیست که داخل آن چرخ دنده وجود دارد) که از یک چرخ که اصطلاحا جعبه قرقره یا block نامیده می شود و طنابی که به دور شیار چرخ بسته شده است تشکیل شده اند. در تعریف دیگر قرقره چرخی است که در لبه های خود شیاری برای نگه داشتن طناب یا کابل دارد.  کار کرد اصلی قرقره ها تغییر جهت نیرو در طناب است و معمولا برای کاهش نیروی لازم برای کشیدن یا بلند کردن بارها طراحی می شوند.  در بخش مربوط به قرقره ها همیشه با شرایط ایده ال،‌ قرقره های بدون اصطکاک و طناب های بدون کشش روبرو هستیم یعنی این موارد (اصطکاک در سیستم و یا کشش طناب را در نظر نمی گیریم)‌ . چند مورد از این پارامتر های در نظر گرفته نشده عبارتند از .... 

     1. طناب بدون هیچ گونه اصطکاک روی قرقره سر می خورد. به این دلیل از اصطکاک صرفنظر شده که قرقره امتداد و جهت نیرو را بدون تغییر اندازه آن تغییر می دهد. یعنی اندازه نیرو را که به خاطر اصطکاک تغییر می کند را در نظر نمی گیرد بلکه فقط تغییر جهت نیرو را در نظر می گیرد. 

      2. شما می توانید قانون بقای انرژی را بدون نگرانی، در مورد انرژی طناب و قرقره در سیستم به کار ببرید. 

      3. شما فاکتوری مانند اندازه قرقره و یا قطر طناب را در مورد تاثیر انرژی به کار برده شده در جسمی که به قرقره متصل است را نظر نمی گیرید. محاسبه قطر قرقره و طناب تنها زمانی وارد مسئله می شود که بخواهید گشتاور جعبه قرقره (انحراف از محور اصلی چرخش) را محاسبه کنید. 

        ما از قرقره ها برای بلند کردن اجسام استفاده می کنیم زیرا آن ها مقدار نیرویی را که باید به کار ببریم تا جسم را بلند کنیم،‌ کاهش می دهند. برای مثال شما نیروی F  را برای بلند کردن جسم در شکل زیر به کار می برید. چقدر نیرو در مقایسه با زمانی که از قرقره استفاده نمی کنید باید برای این کار صرف کنید؟ 

     

       بلند کردن جرم جسم با سرعت اولیه ثابت بدون یک قرقره.... در این حالت شما مجبورید نیرویی هم اندازه با وزن جسم یا معادل جرم جسم ضرب در نیروی گرانش زمین (mg) به سمت بالا صرف کنید. با استفاده از قرقره جسم بالا می رود و هنوز همان نیروی (mg)‌به سمت پایین وجود دارد اما نیرو حالا در دو جهت تقسیم شده است. نیروی کشش طناب که متصل به سقف است که در شکل با T نشان داده شده است و نیروی F که کشش طنابی است که در دست شما قرار دارد. به دلیل وجود دو طناب که جعبه قرقره و سپس جسم را به سمت بالا می کشند،  دو نیروی هم اندازه به سمت بالا وجود دارد. (T و F). 

         می دانیم که جمع این دو نیرو به اندازه نیرویی است که از سمت پایین به جرم جسم وارد می شود که این همان نیروی گرانش است. (g). به همین دلیل شما برای کشیدن جسم به سمت بالا فقط به نصف نیرویی نیاز دارید که مجبور بودید بدون قرقره به جسم در جهت بالا وارد کنید. 

     روابط زیر برقرار است : 

     F+ T = 2F = mg

     F = mg/2  

         شخصی را فرض کنید که می خواهد جسمی را از پنجره ساختمان با کمک قرقره و طناب بالا بکشد. ابتدا جسم سنگین از دو طرف طناب اویزان شده است. در این مجموعه نیروی رو به بالا وارد بر جسم، برابر کشش طناب ها است و مجموع کشش طناب ها بر اساس شرط تعادل نیروها برابر وزن جسم می باشد. اگر وزنه و سیستم اویخته ان متقارن باشند، کشش طناب برابر وزن جسم خواهد بود. همین هایی که بالا گفتم. اما با افزایش تعداد قرقره ها این نیرو کمتر هم خواهد شد. 

    قرقره دو نوع ثابت و متحرک دارد که در نوع ثابت قرقره به یک تکیه گاه متصل است و در نوع متحرک همراه با کشش طناب و جسم جا به جا می شود. 

     

      قرقره های کمان کامپوند از نوع ثابت است و مانند شکل شماره یک عمل می کند. هدف از به کار بردن قرقره در نهایت کاهش نیروی محرک است. یعنی شما بتوانید با نیروی کمتری جسم سنگینی را جا به جا کنید. در مورد کمان کامپوند باید بگم همانطور که گفتم قرقره ها از نوع ثابت هستند. در کمان های اولیه چهار قرقره به کار می رفت که دو تا در دو سر لیمب و دو تا روی قبضه یا رایزر تعبیه شده بود. 

      قرقره ها سه نوع دارند : قرقره نرم،‌ قرقره متوسط و قرقره سخت که در شکل زیر می بینید (از راست به چپ قرقره نرم،‌ متوسط و سخت: 

       مدل نمودار منحنی در هر یک از این قرقره ها متفاوت است و بسته به نوع استفاده ای که از کمان می شوند قرقره خاصی انتخاب می شود. در شکل زیر سه نمودار قرقره های نرم،‌ متوسط و سخت نمایش داده شده است. 

    

       مدل کلی نمودار ها همانطور که می بینید مدل منحنی ناقوس شکل است ولی با توجه به شکل قرقره این منحنی جا به جا می شود و تیرانداز این جا به جایی را کاملا احساس می کند. در واقع این شکل قرقره است که نوع منحنی را تعیین می کند. برای قرقره نرم همین شکل وجود دارد ....

 

     ولی قرقره سخت که شکل تخم مرغی داره اصلا متوازن و گرد نمی چرخد و شکل آن به این صورت است ....

     می بینید که گردش ان ها متفاوت است و نحوه رسیدن به پیک وزن و همینطور رسیدن  لت اف و در نهایت ازاد کردن انرژی و سرعت تیر در این سه نوع هم متفاوت می شود. 

    قرقره نرم یا چرخ قرقره گرد :‌ 

         کمان های دارای چرخ گرد بر اساس نمودار که در سمت چپ قرار گرفته است دارای نموداری با شیب ملایم است که با شیبی ملایم به پیک وزن می رسد و سپس خط سیر نمودار به ارامی شیب نمودار به لت اف و کشش کامل نزول می کند. این مدل قرقره نرم است و کشیدن کمان را آسان می کند اما در پی این قضیه همانطور که می بینید نیروی ذخیره شده در زیر خط نمودار هم کمتر از دو نوع دیگه است و بنابراین در هنگام پرتاب هم انرژی کمتری ازاد می شود. در هر صورت این مدل قرقره گرد است و هنوز هم تیراندازانی هستند که از این مدل قرقره استفاده می کنند. با این حال این نقص که سرعت کمی دارند باعث شده تا نهایتا به صورت تکی در کمان های سولوکم یا سینگل کم یا تک قرقره استفاده بشوند. 

      قرقره متوسط : 

      

        دومین نمودار از سمت چپ متعلق به قرقره متوسط است. این قرقره ها نسبت به قرقره نرم یا چرخ گرد دارای نموداری با شیب تندتر هستند. خط سیر نمودار تا پیک وزن خیلی سریع بالا می رود و سپس با سرعت بیشتری به لت اف نزول می کند - این همان مرحله خلاص شدن کامل کمان کامپوند هست وقتی که شما هر چی می کشید وزن کششی احساس نمی کنید - بنابراین ذخیره انرژی در این نوع قرقره بیشتر است و در نتیجه پرتاب تیر هم سریع تر از نوع چرخ گرد یا قرقره نرم است. 

       قرقره سخت :‌

        اخرین نمونه قرقره سخت است که نمودار آن در سمت راست قرار دارد. این نوع قرقره که شکل تخم مرغی دارد برای ذخیره بیشتر انرژی و سرعت بیشتر بهینه سازی شده است. ببینید که چطور خط سیر نمودار به پیک وزن کشش جهش می کند و بعد به سرعت به لت اف می رود. حالا در مورد  این نوع قرقره در کمان های سولوکم و دو قرقره بیشتر بحث می کنم. کشش در این دو نوع کمان کاملا متفاوت است. همینطور ببینید که چطور در پیک وزن تیرانداز باید کمان را بیشتر از چند اینچ بکشد تا شیب نمودار به لت اف نزول کند. این مدل قرقره دارای طراحی خاصی هست که انرژی زیادی را به صورت چشمگیر ذخیره می کند و سرعت زیادی هم خواهد داشت. از طرف دیگر تیراندازی که با کمان قرقره سخت تیراندازی می کند در هنگام کشش نسبت به کمان های با قرقره دیگر  که پیک وزن کشش مشابهی دارند، احساس سفتی و سختی بیشتری خواهد کرد، بنابراین  اکثر کامپوندی هایی که عاشق سرعت بالاتر هستند و دوست دارند تا کمان توی دستشون نچرخیده،‌ تیرشون توی هدف باشه خواهان استفاده از این نوع قرقره هستند. 

       همانطور که در نمودار می بینید،‌ ریلیز و کشیدن قرینه هم هستند. پس زمانی که با کمانی دارای قرقره نرم ریلیز می کنید،‌ سرعت به تدریج افزایش پیدا می کند. این باعث می شود که کمان های دارای قرقره نرم واقعا نرم باشند یعنی ریلیز و افزایش سرعت در ان ها به ارامی صورت بگیرد و این درست برخلاف قرقره های متوسط و البته سخت هست. در قرقره متوسط و قرقره سخت سرعت خیلی سریع افزایش پیدا می کند و اگر خطایی در طول مراحل پرتاب رخ بدهد از قبیل کج گرفتن کمان و دقت نکردن به اب تراز، پیچ دادن به ریلیز و یا اصلا عدم ثبات دست جلو، منتظر بیشترین انحراف در کمانتان باشید. پس اگر از کمان هایی با قرقره سخت استفاده می کنید و قبضه کمانتان هم رفلکس هست،‌ دقت و کنترلتان روی کمان را افزایش بدهید و در تمام طول مراحل پرتاب این دقت را حفظ کنید.  

       در قسمت بعد در مورد انواع کمان هایی که از قرقره ها به شکل های متفاوتی استفاده می کنند صحبت می کنیم. 

     متشکرم