
A rajzon látható két, $m$ tömegű testet kétféleképpen emelhetjük fel $h$ magasságba állócsiga, illetve mozgócsiga segítségével. Melyik esetben kell kevesebb munkát végeznénk? (A csigák és a kötél súlya elhanyagolhatók.)
A) Az a) esetben kell kevesebb munkát végezni, mert lefele mindig könnyebb húzni a kötelet.
B) A b) esetben, mivel a mozgócsigánál kisebb erővel kell húzni a kötelet.
C) Egyforma munkát kell végezni mindkét esetben.
A) Az a) esetben kell kevesebb munkát végezni, mert lefele mindig könnyebb húzni a kötelet.
B) A b) esetben, mivel a mozgócsigánál kisebb erővel kell húzni a kötelet.
C) Egyforma munkát kell végezni mindkét esetben.
Az a) esetben a csiga egy állócsiga, így az csak az erő irányát változtatja meg, vagyis a nehezék súlyának megfelelő erőt kell kifejtenünk az egyenletes felhúzás során:
A b) esetben viszont a kötél, amit húzunk, az egy mozgócsigához kapcsolódik. A csigát a közepénél húzza lefelé a teher a saját \(m\cdot g\) súlyával. A csigára ezenkívül még két felfelé irányuló \(K\) kötélerő hat. Mivel egyenletes húzáskor a csiga \(\omega\) szögsebessége egyenletes, ezért nincs neki \(\beta\) szöggyorsulása, így a rá ható forgatónyomatékok eredője nulla kell legyen. Mivel a csigára ható mindkét felfelé irányuló kötélerőnek az erőkarja \(r\) azaz a csiga sugara, ezért ez a két kötélerő csak úgy tudja kioltani egymás forgató hatását,ha azonos nagyságúak. Ezáltal a mozgócsiga "megfelezi" a szükséges erőt, így nekünk csak fele akkora erőt kell kifejtenünk, mint az állócsiga használatakor. (Úgymond "az erő másik felét" a csiga baloldalánál feszülő, mozdulatlan kötélen keresztül a felső gerenda fejti ki "helyettünk".)
De az élet kegyetlen (és igazságos), ugyanis semmi sincs ingyen. A könnyebbségért, hogy elég fele akkora erőt kifejtenünk, azzal fizetünk, hogy kétszer hosszabb úton kell ezt a kétszer kisebb erőt kifejtenünk. Ugyanis a mozgócsiga bal oldalán lévő kötélszakasz mozdulatlan, és ennek végén van a csiga bal szélső pontja, tehát ő is mozdulatlan. Ezt a tényt egy x-szel szokás szimbolizálni, hogy az a pont egy pillanatnyi forgáspont. A húzás során körülötte fordul el a csiga, bár a csigának nem ugyanazon pontja a forgáspont,hanem mindig változik, hogy melyik. Ha a csiga egy picit (egy \(\Delta \varphi\) szöggel) elfordul a forgáspont körül, akkor a csiga egyes pontjai egy kis köríven mozognak. Az \(s\) elmozdulásaik arányosak a forgásponttól való \(d\) távolsággal:
\[s=d\cdot \Delta \varphi\]
A csiga jobb szélső pontja pont kétszer messzebb van a forgásponttól (\(2r\) azaz a csiga \(r\) sugarának kétszerese távolságra), mint a csiga középpontja, ami pontosan \(r\) sugárnyi távolságra van. Emiatt a csiga jobb szélső pontja, amit mi húzunk a kötéllel, az 2-szer többet mozdul el, mint a csiga középső pontja, amivel pedig együtt mozog az emelt teher.
Vagyis nekünk a b) esetben az a) esethez képest 2-szer hosszabb úton kell kifejtenünk egy fele akkora erőt. Márpedig a \(W\) munkavégzés az \(F\) erő és a vele párhuzamos irányba történő \(s_{\parallel}\) elmozdulás szorzata:
\[W=F\cdot s_{\parallel}\]
úgyhogy a munkavégzésünk végül mindkét esetben ugyanakkora.


