輪軸（りんじく） | ルラスタディ (Lura Study)

一般小学生

輪軸は、固定された同じ軸を中心に回転する、半径の異なる2つの円（輪と軸）で構成されています。これは「回転するてこ」と考えることができます。中心軸が支点、半径の大きい「輪」の端が力点、半径の小さい「軸」の端が作用点となります。

半径の比が R：r であるとき、輪を回す力 F と軸にかかる荷重 W の関係は F × R = W × r となり、少ない力で重いものを支えることが可能です。ただし、重りを一定の高さ持ち上げるためには、半径の比に応じてより長い距離（円周の長さ）だけ輪を回す必要があります。

装置の種類	力の大きさ	動かす距離	仕組みの分類
輪軸	小さくなる	長くなる	回転するてこ
定滑車	変わらない	変わらない	支点が中央のてこ
動滑車	半分になる	2倍になる	支点が端のてこ

コラム

日常生活において輪軸の原理は非常に多く活用されています。例えば、ドアノブやドライバーの持ち手、水道の蛇口などは、回転半径を大きくすることで小さな力でも固いものを回せるように設計されています。また、自転車のペダルとギアの組み合わせも輪軸の一種です。

計算問題では、複数の輪軸を組み合わせた装置や、滑車と併用した複雑な構成が出題されることがあります。この場合も「中心軸まわりの力のモーメントのつり合い」を考えることが基本となります。非一様な棒の重心計算などと組み合わされることもあるため、力のつり合いの基礎を確実に理解しておくことが重要です。

小学生のみなさんへ

輪軸りんじくとは、大きさのちがう2つの円が、同じ中心でつながって一緒に回る仕組みのことです。身近なところでは、ドアノブや水道の蛇口じゃぐち、ドライバーなどに使われています。

この仕組みを使うと、大きな円の方を回すことで、小さな力で重いものを持ち上げたり、固いものを回したりすることができます。これは「てこ」の仕組みを回転させたものと同じです。

ただし、楽ができる代わりに、手を動かす距離きょりは長くなります。力は小さくてすむけれど、合計の仕事の量は変わらないという「仕事の原理げんり」がここでも成り立っています。

ルラスタコラム

太いドライバーと細いドライバー、どちらが楽にネジを回せるか知っていますか？正解は「太いドライバー」です。持ち手が太いほど「輪」の半径はんけいが大きくなるので、より小さな力でネジを回すことができるんですよ。

【基礎】輪軸において、小さな力で重いものを持ち上げるには、「半径の大きい円（輪）」と「半径の小さい円（軸）」のどちらを回せばよいですか。

半径の大きい円（輪）を回す

【応用】輪の半径が30cm、軸の半径が10cmの輪軸があります。軸に30kgの重りをつるしたとき、輪を回して持ち上げるのに必要な力は何kgですか。また、重りを10cm上げるために輪を引く距離は何cmですか。

必要な力は10kg、引く距離は30cm（半径の比が3:1なので、力は1/3、距離は3倍になる）

【実践】輪軸などの道具を使っても、重いものを持ち上げるのに必要な「仕事の量」が直接持ち上げる場合と変わらないのはなぜですか。

仕事の量は変わらない。理由は、道具を使うことで必要な力は小さくなるが、その分だけ動かす距離が長くなり、力と距離の積である仕事の総量は一定に保たれるから（仕事の原理）

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