１．動滑車
●動滑車
天井や壁、床などに固定されていない滑車。
動滑車を使って物体を持ち上げる場合
・手で引く力・・・・物体の重さの1/2倍
・手で引く距離・・・物体を持ち上げる高さの２倍
となります。
力は1/2倍ですが、距離は２倍。
そのため動滑車を使って行う仕事は、動滑車を使わない場合の仕事と同じになります。
これを仕事の原理といいます。
●仕事の原理
道具を使っても使わなくても仕事の量は変わらない。
２．組み合わせ滑車
複数の滑車を組み合わせてできた装置を組み合わせ滑車といいます。
例題
下の図のように滑車を組み合わせた装置がある。
これを用いて４kgの物体を５ｍ持ち上げたい。
このとき、あとの問いに答えなさい。
ただし滑車の重さや糸の重さは考えないものとする。
（１）手で糸を引く力は何Ｎか。
（２）手で糸を引く長さは何ｍか。
（３）手がした仕事は何Ｊか。
【解答】
（１）
物体にはたらく重力は40Ｎ。
この物体が白いバーにつるされています。
つまり白いバーに40Ｎの力がはたらいているということです。↓
この白いバーは２つの動滑車によって支えられています。
よって動滑車にはそれぞれ20Ｎの力がはたらいていることになります。↓
この20Ｎの力はさらに糸によって2か所で支えられています。↓
糸の一端は天井に、もう片方の端は手に続いています。
結果的に↓の図のように手と天井が10Ｎずつ負担していることになります。
よって手で糸を引く力は10Ｎです。
（２）
（１）から手で引く力は10Ｎとわかりました。
これは引き上げたい物体の重さ（40Ｎ）の1/4倍です。
ここで仕事の原理を考えると、滑車をどう組み合わせようが仕事の量は変わらないはずです。
つまり手で引く力が1/4倍になったのであれば、手で糸を引く距離は４倍になるはずです。
すなわち
手で糸を引く距離＝5m×4＝20m
となり、糸を20ｍ引かなければならないことがわかります。
（３）
仕事は次のように求められます。
仕事(J) ＝ 力(N) × 力の向きに動いた距離(m)
よってこの例題の場合は
手で引く力＝10Ｎ
手で引く距離＝20ｍ
であるので
仕事＝10N×20m＝200J
となり、200Jの仕事をしたことになります。
※（３）の別解
仕事とは、どれだけその物体のエネルギーを変化させたかを表します。
仕事(J)＝エネルギーの変化量
この問いでは滑車を使って物体を持ち上げています。
物体が持ち上がるということは、物体の位置エネルギーが増加するということ。
※位置エネルギーは次の公式で求められます。
位置エネルギー(J)＝重さ(N)×高さ(m)
この例題では40Ｎの物体を５ｍ持ち上げているので
位置エネルギー＝40N×5m＝200J
となり、物体の位置エネルギーが200J大きくなっています。
よって
仕事＝エネルギーの変化量＝200J
と求めることもできます。