גלגלת

• כיתה ח’
• כוחות וחוקי ניוטון
• 5 דקות קריאה

איך גלגלת עוזרת להרים משא כבד, מה ההבדל בין גלגלת קבועה לגלגלת נעה, ולמה מנוף בנייה משתמש בהרבה גלגלות. עם שרטוט, טעות נפוצה ותרגיל פתור.

התשובה בקצרה

גלגלת היא גלגל עם חריץ, שחבל עובר עליו. יש שלושה סוגים:

1. גלגלת קבועה: מחוברת לתקרה או לקורה. היא לא מקטינה את הכוח, אבל משנה את הכיוון שלו: מושכים למטה, והמשא עולה.
2. גלגלת נעה: עולה יחד עם המשא. שני חבלים מחזיקים אותו, ולכן צריך רק חצי מהכוח.
3. מערכת גלגלות: כמה גלגלות יחד. הכוח שווה למשקל המשא חלקי מספר החבלים שמחזיקים אותו. המחיר: צריך למשוך יותר חבל.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ח’ שלומדים כוחות ומכונות פשוטות. גלגלת עובדת על אותו עיקרון כמו מנוף, ולכן כדאי לקרוא גם את העמוד כוח המנוף.

מה זו גלגלת

גלגלת היא גלגל שמסתובב סביב ציר, ובהיקף שלו יש חריץ שחבל יושב בתוכו. היא אחת מהמכונות הפשוטות, יחד עם המנוף והמישור המשופע: כלים שמאפשרים להזיז משא כבד בעזרת כוח קטן יותר, או בכיוון נוח יותר.

הרעיון המרכזי הוא החבל. בחבל מתוח, בלי חיכוך, הכוח זהה לכל אורכו. לכן מה שקובע כמה כוח צריך הוא כמה חלקים של החבל מחזיקים את המשא. אם שני חלקים של החבל מחזיקים אותו, כל אחד מהם נושא רק חצי מהמשקל.

גלגלת קבועה, נעה ומערכת גלגלות

סוג	חבלים שמחזיקים את המשא	הכוח שצריך	כמה חבל מושכים כדי להרים מטר
גלגלת קבועה	1	F = W	1 מטר
גלגלת נעה	2	F = W / 2	2 מטר
מערכת גלגלות	n	F = W / n	n מטר

גלגלת קבועה לא חוסכת כוח, אבל היא נוחה: הרבה יותר קל למשוך חבל למטה, בעזרת משקל הגוף, מאשר להרים משא ישר למעלה. גלגלת נעה תלויה על החבל עצמו, והמשא תלוי עליה. קצה אחד של החבל קשור לתקרה, ואת הקצה השני מושכים. כך שני חלקי החבל מחזיקים את המשא יחד, וכל אחד נושא חצי.

הקשר למנוף: גלגלת קבועה היא כמו מנוף עם שתי זרועות שוות, ונקודת המשען היא הציר שלה. גלגלת נעה היא כמו מנוף שנקודת המשען שלו בקצה, והכוח פועל במרחק כפול מהמשא, ולכן הוא צריך להיות חצי ממנו.

תרגיל פתור

הנתונים: פועל מרים ארגז של 60 קילוגרם בעזרת מערכת גלגלות, שבה ארבעה חבלים מחזיקים את הגלגלת התחתונה. g = 10 m/s². הגלגלות קלות מאוד, ואין חיכוך.
השאלה: באיזה כוח הפועל צריך למשוך? כמה חבל הוא צריך למשוך כדי להרים את הארגז ב־2 מטר?

1. המשקל של הארגז: W = m · g = 60 · 10 = 600 N
2. ארבעה חבלים מחזיקים את המשא, ולכן: F = W / 4 = 600 / 4 = 150 N
3. כל אחד מארבעת החבלים צריך להתקצר ב־2 מטר: 4 · 2 = 8 m
4. בדיקה: הכוח כפול הדרך זהה בשני הצדדים: 150 · 8 = 1200 = 600 · 2

התשובה: הפועל מושך בכוח של 150 ניוטון בלבד, רבע ממשקל הארגז, אבל צריך למשוך 8 מטר של חבל כדי להרים אותו 2 מטר. F = 150 N · 8 m

איפה רואים גלגלות בחיים

• באר ותורן דגל

  גלגלת קבועה בראש באר או תורן מאפשרת להרים דלי או דגל כשמושכים את החבל למטה, בנוחות, מהקרקע.

• מנוף בנייה

  הוו של מנוף בנייה תלוי על מערכת של כמה גלגלות, עם הרבה חבלי פלדה. כך מנוע לא גדול יכול להרים משטח שלם של בלוקים.

• ארכימדס והספינה

  לפי המסורת, ארכימדס הדגים מערכת גלגלות כשגרר לבדו ספינה מלאה לחוף. אותו ארכימדס גם ניסח את כלל המנוף.

שאלות נפוצות

מה זו גלגלת בפיזיקה?

מכונה פשוטה: גלגל עם חריץ, שחבל עובר עליו. היא משנה את כיוון הכוח, ובגלגלת נעה או במערכת גלגלות גם מקטינה אותו.

מה ההבדל בין גלגלת קבועה לגלגלת נעה?

גלגלת קבועה מחוברת למקום קבוע, ורק משנה את כיוון הכוח. גלגלת נעה זזה יחד עם המשא, ושני חבלים מחזיקים אותה, ולכן צריך חצי מהכוח.

איך מחשבים את הכוח במערכת גלגלות?

סופרים כמה חלקים של החבל מחזיקים את הגלגלת הנעה, ומחלקים את משקל המשא במספר הזה: F = W / n. החבל שמושכים בו לא נספר, אם הוא יוצא מהגלגלת הקבועה.

כמה חבל צריך למשוך?

פי n מהגובה שהמשא עולה. במערכת עם ארבעה חבלים, כדי להרים משא במטר אחד מושכים ארבעה מטר של חבל.

כוחות ומנופים עדיין מבלבלים?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ יש פרק על כוח המנוף, שעליו בנויה גם הגלגלת, ופרקים על כוחות וכבידה. לכל נושא יש שיעור וידאו, ולכל תרגיל בחוברת יש סרטון פתרון מלא. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ח’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח’, להורדה