中輪

• 輪軸において、最大の大輪と最小の小輪の中間の半径を持つ輪のこと。
• 中心を支点とした「てこの原理」を応用し、回転のつり合いを制御する役割を果たす。
• 各輪の半径をてこの腕の長さと見なすことで、力のモーメントの計算が可能となる。

解説

輪軸は、半径の異なる複数の円筒や円盤が同一の軸に固定され、一体となって回転する装置である。中輪は、その構造において大輪と小輪の中間に位置する半径を有している。この仕組みを理解する上では、輪軸の中心を支点、それぞれの輪の半径を「てこの腕」に見立てる考え方が重要である。

回転のつり合いは、各輪にかかる「おもりの重さ（力）×半径」の合計が左右で等しくなる時に成立する。具体的な計算例として、半径6cmの中輪に40gのおもりを吊るした場合、半径4cmの輪でこれをつり合わせるには「40g × 6cm ÷ 4cm = 60g」となり、60gの力が必要となる。また、半径6cmの大輪に40gのおもりを吊るし、半径3cmの小輪をばねばかりで引く場合には、半径が半分になるため必要な力は2倍の80gを示す。このように、作用させる輪の半径を選択することで、必要な力の大きさを自在に設計できるのが輪軸の特徴である。