سوال ۶۸ کنکور ارشد مهندسی مکانیک ۱۴۰۵
فرد نشاندادهشده در شکل زیر، ۹۰۰N وزن دارد. با چشمپوشی از اثرات اصطکاک، برای نگهداشتن خود چند نیوتن نیرو باید به طناب وارد کند؟ در این آرایش، قرقره ثابت A به سقف بسته شده و قرقره متحرک B زیر آن آویزان است؛ یک طناب واحد از میان مجموعه عبور میکند و فرد (نشسته در تسمه) سرِ آزاد آن را میکشد.
پاسخ صحیح: گزینهٔ C — ۳۰۰
کل مجموعهٔ آویزان — شخص، صندلی/تسمه و قرقرهٔ متحرک — را بهعنوان یک جسم آزاد در نظر میگیریم. وزن کل آن برابر است با
با یک طناب بدون اصطکاک و بیجرم، کشش در همهٔ بخشها یکسان است. حال رشتههای طنابی را که از مرز این جسم آزاد عبور میکنند و آن را به سمت بالا میکشند، میشماریم:
۱. رشتهای که از تکیهگاه سقف به سمت پایین تا قرقرهٔ متحرک کشیده شده است — کشش رو به بالا؛ ۲. رشتهای که از قرقرهٔ متحرک به سمت بالا تا قرقرهٔ ثابت کشیده شده است — کشش رو به بالا؛ ۳. رشتهای که شخص در دست میگیرد و از قرقرهٔ ثابت به سمت پایین به دستان او میرسد — کشش رو به بالا (طناب از جسم آزاد به سمت بالا و بهطرف خارج میشود).
تعادل قائم مجموعه:
نیرویی که شخص به طناب وارد میکند برابر با کشش طناب است، پس او باید با نیروی
بکشد. سه رشتهٔ نگهدارنده مزیت مکانیکی برابر ایجاد میکنند، بنابراین نیروی لازم یکسوم وزن است. این گزینهٔ ۳ است.
نکتهٔ کنکوری: برای یک صندلی قرقرهایِ خودکشنده، یک جسم آزاد را دور شخص + صندلی + هر قرقرهای که همراه آنها حرکت میکند رسم کنید، سپس فقط بشمارید که چند رشتهٔ طناب از آن جسم به سمت بالا خارج میشوند — هر رشته کشش یکسان را حمل میکند و پاسخ را میدهد. اینجا رشتهٔ دست هم شمرده میشود، پس است، نه .