１．輪軸を使った仕事
↓の図は輪軸を正面から見た図です。
小さい輪が半径10cm、大きい輪が半径20cmです。
小さい輪に糸で取り付けた５kgの物体を持ち上げるために、大きい輪に取り付けた糸を引っ張ります。
① てこに置き換える
輪軸の考え方は「てこ」とまったく同じです。（てこを使った仕事① てこを使った仕事②）
輪軸は↓の図のようなてこに置き換えることができます。
②「力×うでの長さ＝一定」を使って力を求める
てこの場合は「力×うでの長さ＝一定」という関係式が使えました。
ここでは手が引く力をx(N)としましょう。
支点より左側では
力×うでの長さ＝50N×10cm ・・・①
支点より右側では
力×うでの長さ＝x(N)×20cm ・・・②
①と②は等しいので
50N×10cm＝x(N)×20cm
これを解いてx=25N
よって手が引く力は25Nとわかりました。
③ 物体がされた仕事＝手がした仕事
仕事は次のように求められます。
仕事＝力(N)×力の向きに動いた距離(m)
50Nの物体を４m引き上げようとしているので
物体がされた仕事＝50N×4m＝200J ・・・①
手が引いた距離をy(m)とすると、25Nをy(m)引いたことになるので
手がした仕事＝25N×y(m)=25y(J) ・・・②
①と②は等しいので
200＝25y
これを解いてy＝8m
よって手が引いた距離は8mとわかります。
２．例題
↓の図のような装置を使って３kgの物体を５m引き上げた。
このとき、あとの問いに答えよ。
（１）手が糸を引いた力は何Ｎか。
（２）手が糸を引いた距離は何ｍか。
【解答】
（１）
輪軸を↓のようにてこに置き換えてみましょう。
手が糸を引く力をx(N)として、「力×うでの長さ＝一定」の関係を使います。
支点より左側では
力×うでの長さ＝30N×15cm ・・・①
支点より右側では
力×うでの長さ＝x(N)×6cm ・・・②
①と②は等しいので
30N×15cm＝x(N)×6cm
これを解いてx=75N
よって正解は75Nです。
（２）
手が糸を引く距離をy(m)として、「物体がされた仕事＝手がした仕事」の関係を使います。
30Nの物体を５m引き上げようとしているので
物体がされた仕事＝30N×5m＝150J ・・・①
手が引いた距離をy(m)とすると、75Nをy(m)引いたことになるので
手がした仕事＝75N×y(m)=75y(J) ・・・②
①と②は等しいので
150＝75y
これを解いてy＝2m
よって正解は2mです。
・輪軸はてこに置き換えて考えよう！