第13回　滑車の問題（1）

国立大学法人　九州工業大学
支援研究員・客員教授
堀田　源治

九州工業大学、有明工業高等学校で教鞭をとる他に、堀田技術士事務所（ETC）の代表として企業向けコンサルタント活動（保全・安全・人材育成など）や学協会の委員・役員活動（日本技術士会、日本材料学会、日本設計工学会）を実施中。

資格：職業訓練指導員
　　　１級技能士
　　　技術士（機械部門）
　　　博士（工学）

滑車と力の釣合い

　今回は、械保全技能検定にも良く出題される滑車について考えてみたい。てこの原理と同様に滑車の原理についても学生時代から慣れ親しんだ内容ではあるが、改めて問題として解く段階になると迷う面も多い。また、定滑車は力の向きを変えるということでクレーンや巻き上げ機などに応用され、同滑車においては、力は半分になるが、移動距離は2倍になるという原理を利用することで、重いものを安全かつ効率的に扱うために現代の産業で不可欠な役割を果たしている。
　さて、筆者が若いころ、図表－1のように定滑車を介してロープで吊り下げられて荷物を持ち上げるために垂直方向にロープを押し下げようとしたところ、現場のリーダーから「荷物を持ち上げるためには、真下にロープを引くよりも斜めに引いた方が楽になる（小さな力で済む）」と言われた。実際その通りにして斜めに引いてみると、なるほど、少しは楽になったような気がした。しかし今冷静に考え見るとこれは果たして本当であろうか。結論から言えば、ロープに作用する張力はロープのどの部分においても同じという原理がある。そこでロープを真下に引いても水平に引いても、あるいは斜めに引いてもF=Wであり、決してF<Wの力で荷物を引き上げることはできない。
　筆者が楽に感じたのは、真下にロープを引く場合には腕力だけに頼ることになるが、斜めにロープを引く場合には身体全体で引っ張ることになるので、力を発揮し易く、また作業姿勢も安定するので「斜めに引いたが楽に持ち上げることができる」というには全くの誤りではなかろう。しかし、力の釣合いから言えば斜めにロープを引けば少ない力（F<W）で荷物を持ち上げることができる、ということは正しくない。

図表－1　真下より斜めにロープを引いた方が少ない力で済む？

　それでは、図表－1においてF=W/2とするには、どうしたら、良いであろうか。
　解答は図表－2のように動滑車を入れれば良い。以降の章でこのような滑車の原理について説明する。

図表－2　動滑車による省力化