תארו לעצמכם שאתם צריכים להרים מִשקוֹלת של כמה טוֹנות. עכשיו, תארו לעצמכם שאתם מצליחים! לא, לא נהייתם סוּפּרמן, פשוט השתמשתם באחת משש המכוֹנות הפשוטות – הגַלגֶלת (שש המכונות הפשוטות הן: המישור המשוּפּע, הגלגל, הגלגלת, המנוף, הטְריז = יָתֵד, והבּוֹרג). הגלגלת היא הַמצָאה גְּאוֹנית, מהסוג של "איך לא חשבנו על זה קודם", ומטרתהּ "לנצח את הטבע" בעזרת פָּטֵנְט שנקרא היִתְרון המֵכָני.

היִתְרון המכני

נכון, בני האדם אינם היְצורים חזקים ביותר בטבע, אבל ללא ספק הם בעלי המוח המפוּתח ביותר. עֶקרון היתרון המכני מבוסס על האִמרה המפורסמת: "לא בכוח - אלא במוח". מתברר שאפשר להקטין את הכוח, בתנאי שמאריכים את הדרך.

הנה דוגמה פשוטה לעקרון היתרון המכני: אנחנו צריכים לטפּס על הר גבוה בעלייה תְּלוּלה ומפרֶכת. אמנם זו הדרך הקצרה ביותר לפִּסגה, אבל אנחנו גם יכולים לבחור לטפס במסלול המַקיף. הדרך תהיה ארוכה הרבה יותר, אבל העלייה תהיה מְתוּנה ונוחה יותר, ובסוֹפהּ נגיע בדיוק לאותה פִּסגה.

ההיסטוריה של הגלגלת

את הגלגלת הִמציא ארכימדס לפני 2,250 שנה בערך. היא מבוססת על גלגל שחבל מלוּפּף עליו. החבל צריך להיות קשור בקצהו האחד לנקודת מִשען - זהו המפתח להצלחת הפעולה שלה. כבר אז הודיע ארכימדס שאם תהיה לו נקודת משען, הוא יצליח להרים את העולם כולו... הוא אמר את זה על המצאה אחרת שלו – המָנוף, אבל ההַצהָרה הזאת נכונה גם לגלגלת. נקודת המשען שהחבל קשור אליה "לוקחת עליה" חצי מהכוח שעלינו להפעיל, וכך, כדי להרים את המשא המחובר לגלגלת, מספיק כוח שהוא רק חצי מהמשקל שלו!

מה הבעיה?

החבל מקוּפּל לשניים, ומשום כך כשנתחיל להרים את הקצה החופשי שלו - תעלה הגלגלת רק חצי מהדרך! כדי להרים את המשקולת לגובה של מטר לדוגמה נצטרך למשוך שני מטר של חבל. אפשר להוסיף עוד גלגלות ועוד נקודות משען, כמובן. המשקל שנצטרך להרים יתחלק שווה בשווה בין נקודות המשען, אבל אז כמובן יהיה החבל מקוּפּל פעמים רבות יותר, ונצטרך למשוך אותו בדרך ארוכה יותר. לסיכום: אם יהיו לנו מספיק גלגלות ומספיק נקודות משען, נוכל להרים בעצם כל משקל שנרצה. נסו בעצמכם!

בונים גלגלת

צריכים את זה

קַרטון

דיסק CD

פקק מפלסטיק

קשית

שיפּוּד

שני חוטים

דבק

מסמר

פּטיש

סכין יפני או מספריים

משקולת (כדי לקשור בקצה החוט)

יוצרים את זה

1. חוֹרְצים בסכין (בזהירות רבה, עדיף בעזרת מבוגר) שני עיגולים בקרטון בעזרת הדיסק.

2. בעזרת הפטיש והמסמר מחוֹררים את העיגולים בדיוק במרכז.

3. בעזרת הפטיש והמסמר מחוררים את הפְּקק במרכזו.

4. מַשחילים את הקשית על השיפוד.

5. מדביקים את הפקק בין שני עיגולי הקרטון כך שהחורים מתלכּדים.

6. משחילים את הקשית (עם השיפּוּד) דרך החור – ויש לנו גלגלת!

7. קושרים את המשקולת לקצה החוט.

8. קושרים את הקצה השני של החוט לגלגלת, ומְרימים. כבד?

9. עכשיו קושרים את קצהו של החוט השני לנקודת משען (לדוגמה: ידית של דלת).

10. אוחזים בקצהו האחר, ומַניחים עליו את הגלגלת. מְרימים את החוט והמשקולת עולה. מרגישים בהבדל? עכשיו כבר לא כבד כל כך.

מה קרה? כשהרמנו את המשקולת בהתחלה נדרשנו להפעיל כוח ששווה בדיוק למשקלהּ – היד שלנו היא היחידה שהפעילה על המשקולת כוח כלפי מעלה. כשהשתמשנו בגלגלת, בשני קְצוֹת החוט הופעל כוח כלפי מעלה: בצד אחד על ידי היד שלנו, ובצד האחר על ידי נקודת המשען (הידית של הדלת). לכן הכוח שנדרש נחלק שווה בשווה בין הידית ליד שלנו. התוצאה: כדי להרים את המשקולת היינו צריכים להפעיל חצי מהכוח, אולם הדרך שהיינו צריכים למשוך בה את החוט התארכה פי שניים!

עוד ניסויים מדעיים מגלילאו צעיר

ניסוי: הבדלי אור, צבע וחומר

ניסוי הבלון שלא מתנפח

ניסוי: מסטיק או דבק?

הפעלה מלמדת על מטוטלת

מי צף ומי שוקע

עוד מדע וטבע לילדים

הכתבה פורסמה בגיליון נובמבר 2014 של גליליאו צעיר

רוצים לקרוא עוד? לקבלת מגזין גליליאו צעיר במתנה

בקרו בעמוד הפייסבוק שלנו

מדגימים בתמונות: יהונתן, נועה ואיתן פרידמן