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滑輪
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滑輪是用來提升重物并能省力的簡單機械,關于滑輪的繪品最早出現于一幅西元前八世紀的亞述浮雕,這浮雕展示的是一種非常簡單的滑輪,只能改變施力方向,主要目的是為了方便施力,并不會給出任何機械利益。在中國,滑輪裝置的繪制最早出現于漢代的畫像磚、陶井模。現代生活中應用到滑輪的地方有很多,升旗桿的頂部,大廈的電梯中都裝有滑輪。
詳細(xi)介紹 PROFILE +

簡介

在力(li)學里(li),典型的(de)(de)(de)(de)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)(pulley)是(shi)可以(yi)繞著中(zhong)心軸旋轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)圓輪(lun)(lun)。在圓輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)圓周面具有凹槽,將(jiang)繩(sheng)索(suo)纏繞于凹槽,用力(li)牽拉繩(sheng)索(suo)兩端的(de)(de)(de)(de)任一端,則繩(sheng)索(suo)與圓輪(lun)(lun)之間的(de)(de)(de)(de)摩擦力(li)會促使圓輪(lun)(lun)繞著中(zhong)心軸旋轉(zhuan)。滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)實際上是(shi)變形的(de)(de)(de)(de)、能(neng)(neng)轉(zhuan)動的(de)(de)(de)(de)杠桿。滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)主要的(de)(de)(de)(de)功能(neng)(neng)是(shi)牽拉負載、改變施(shi)力(li)方向、傳(chuan)(chuan)輸功率等(deng)(deng)等(deng)(deng)。多(duo)個(ge)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)共同組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)機械稱(cheng)為(wei)“滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)組”,或(huo)“復式滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)”。滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)組的(de)(de)(de)(de)機械利(li)益較(jiao)大(da),可以(yi)牽拉較(jiao)重的(de)(de)(de)(de)負載。滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)也可以(yi)成(cheng)為(wei)鏈傳(chuan)(chuan)動或(huo)帶傳(chuan)(chuan)動的(de)(de)(de)(de)組件,將(jiang)功率從一個(ge)旋轉(zhuan)軸傳(chuan)(chuan)輸到(dao)另一個(ge)旋轉(zhuan)軸。

按(an)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)中(zhong)心軸(zhou)(zhou)的位置是否移(yi)動(dong),可(ke)(ke)將滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)分為“定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)”、“動(dong)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)”;定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的中(zhong)心軸(zhou)(zhou)固定(ding)(ding)不動(dong),動(dong)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的中(zhong)心軸(zhou)(zhou)可(ke)(ke)以移(yi)動(dong),各有各的優勢(shi)和(he)劣(lie)勢(shi)。而(er)將定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)和(he)動(dong)滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)組裝在一起可(ke)(ke)構成滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)組,滑(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)組不但省力而(er)且還可(ke)(ke)以改變力的方向。

滑輪在初(chu)中物理教材中以知識點的形式出現(xian),要求對(dui)力的方(fang)向(xiang)、繩(sheng)端移動距離、做功情況等(deng)問(wen)題作出解答。

基本信息

分類、數目

定(ding)滑(hua)輪(lun)、動滑(hua)輪(lun)、滑(hua)輪(lun)組(或分為單滑(hua)輪(lun)、雙(shuang)滑(hua)輪(lun)、三滑(hua)輪(lun)、四滑(hua)輪(lun)以(yi)至多輪(lun)等多種)。

材質

木滑(hua)輪、鋼滑(hua)輪和工程(cheng)塑料滑(hua)輪,可(ke)根據(ju)實際(ji)使(shi)用要求有各種材質(zhi)。

作用

牽拉(la)負載、改變施力方向、傳輸功率等。

連接方法

吊鉤式、鏈(lian)環式、輪材式、吊環式和吊鏈(lian)式,斜拉式等。

尺寸和材料

承受載荷不大(da)的小尺寸(cun)滑(hua)輪(lun)(D<350mm)一(yi)般制成實體的滑(hua)輪(lun),采用15、Q235或鑄鐵(如HT200)。

受大載荷的滑(hua)輪一般采用球(qiu)鐵或鑄鋼(如ZG270-500),鑄成(cheng)帶(dai)筋(jin)和孔或帶(dai)輪輻(fu)的結構

大型滑輪(D>800mm)一般(ban)用型鋼和鋼板焊接(jie)結構。

歷史

關于滑輪的繪品最早出現于一幅西元前八世紀的亞述浮雕。這浮雕展示的是一種非常簡單的滑輪,只能改變施力方向,主要目的是為了方便施力,并不會給出任何機械利益。在中國,滑輪裝置的(de)繪制最早出現于漢代的(de)畫像磚、陶井模。在(zai)《墨經》里也有記載關于滑輪(lun)的(de)論述。

古希(xi)(xi)臘人(ren)將(jiang)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)歸類為簡單機(ji)械。早(zao)在西(xi)元(yuan)前400年(nian),古希(xi)(xi)臘人(ren)就已(yi)經知道如何使用復(fu)(fu)式(shi)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)了。大約在西(xi)元(yuan)前330年(nian),亞里(li)士多(duo)德(de)在著作《機(ji)械問題(ti)》(《Mechanical Problems》)里(li)的(de)第十八個問題(ti),專門(men)研討(tao)“復(fu)(fu)式(shi)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)”系統阿(a)基米(mi)德(de)貢獻(xian)出很多(duo)關于(yu)簡單機(ji)械的(de)知識(shi),詳細地解釋滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)的(de)運動(dong)(dong)學(xue)理論。據(ju)說阿(a)基米(mi)德(de)曾(ceng)經獨自使用復(fu)(fu)式(shi)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)拉動(dong)(dong)一艘(sou)裝滿了貨物與(yu)乘客的(de)大海(hai)船,西(xi)元(yuan)一世紀,亞歷山卓的(de)希(xi)(xi)羅分(fen)析并且寫出關于(yu)復(fu)(fu)式(shi)滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)的(de)理論,證(zheng)明了負(fu)載與(yu)施(shi)力的(de)比(bi)例等于(yu)承擔負(fu)載的(de)繩索段的(de)數目,即“滑(hua)(hua)輪(lun)(lun)原理”。

1608年,在(zai)著作《數(shu)學(xue)紀要》(《Mathematical Collection》)里,荷蘭物理(li)學(xue)者(zhe)西蒙·斯特(te)芬表明,滑輪系統的(de)施(shi)(shi)力與負載(zai)之間移動路徑(jing)的(de)長度比(bi)率(lv),等于施(shi)(shi)力與負載(zai)之間的(de)反比(bi)率(lv)。這是雛型的(de)虛功原(yuan)理(li)。

1788年,法(fa)國物理學(xue)者約瑟夫·拉(la)(la)格朗日(ri)在巨著(zhu)《分析(xi)力(li)學(xue)》(《Mécanique analytique》)里,使用滑輪(lun)原(yuan)(yuan)理推(tui)導出虛功(gong)原(yuan)(yuan)理,從而揭起(qi)了(le)拉(la)(la)格朗日(ri)力(li)學(xue)的序幕。

定滑輪

定義

使用滑(hua)輪(lun)時,軸的位置(zhi)固定(ding)不(bu)動的滑(hua)輪(lun)稱之為定(ding)滑(hua)輪(lun)。

原理

使用時(shi),滑(hua)輪的位置固定(ding)不變;定(ding)滑(hua)輪實(shi)質是(shi)等(deng)臂(bei)杠(gang)桿(gan),不省(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)(li)也(ye)不費力(li)(li)(li)(li),但可(ke)以(yi)(yi)改變作用力(li)(li)(li)(li)方向.杠(gang)桿(gan)的動力(li)(li)(li)(li)臂(bei)和(he)阻力(li)(li)(li)(li)臂(bei)分別是(shi)滑(hua)輪的半徑,由于半徑相等(deng),所以(yi)(yi)動力(li)(li)(li)(li)臂(bei)等(deng)于阻力(li)(li)(li)(li)臂(bei),杠(gang)桿(gan)既不省(sheng)(sheng)力(li)(li)(li)(li)也(ye)不費力(li)(li)(li)(li)。利用杠(gang)桿(gan)原理,用公式推(tui)導就(jiu)是(shi)(F是(shi)拉力(li)(li)(li)(li),G是(shi)物體的重力(li)(li)(li)(li),L1L2在圖中有):

特點

定滑(hua)(hua)輪不(bu)能(neng)省力,而(er)且在繩(sheng)重(zhong)及(ji)繩(sheng)與輪之間的(de)(de)摩擦(ca)不(bu)計(ji)的(de)(de)情(qing)況下,細繩(sheng)的(de)(de)受(shou)力方向無論向何處,吊起重(zhong)物所用(yong)的(de)(de)力都相(xiang)等(deng),因為動力臂和阻(zu)力臂都相(xiang)等(deng)且等(deng)于滑(hua)(hua)輪的(de)(de)半徑。

動滑輪

定義

定(ding)義1:使用滑(hua)輪時,軸的(de)位(wei)置(zhi)隨被拉物體一起運動(dong)的(de)滑(hua)輪稱為動(dong)滑(hua)輪。

定義2:若將(jiang)重物(wu)直接掛在滑輪上,在提(ti)升(sheng)重物(wu)時滑輪也一起上升(sheng),這(zhe)樣(yang)的滑輪叫動滑輪.

原理

動(dong)(dong)滑輪(lun)省1/2力多費1倍(bei)距離,這(zhe)是因為(wei)使(shi)用動(dong)(dong)滑輪(lun)時,鉤(gou)碼(ma)由(you)兩段繩子(zi)吊(diao)著,每(mei)段繩子(zi)只承(cheng)擔(dan)鉤(gou)碼(ma)重(zhong)(zhong)的(de)一半(ban),而且不(bu)能改變(bian)力的(de)方向。實質是個動(dong)(dong)力臂(bei)(bei)(L1)為(wei)阻(zu)力臂(bei)(bei)(L2)二倍(bei)的(de)杠桿:圖中,O是支點(dian),F1是提(ti)升(sheng)物體的(de)動(dong)(dong)力,F2是物體的(de)重(zhong)(zhong)力(也可理解為(wei)不(bu)用機械時提(ti)升(sheng)物體用的(de)力),我(wo)們(men)有(l1是動(dong)(dong)力臂(bei)(bei),l2是阻(zu)力臂(bei)(bei)):

根據任何(he)機械都不(bu)省功(gong)的(de)原理,我們有(s1是(shi)繩子自由(you)端移動(dong)的(de)距離(li),s2是(shi)物體(ti)(ti)移動(dong)的(de)距離(li),也可理解為不(bu)用機械時物體(ti)(ti)提升的(de)距離(li)):

注意

動(dong)滑(hua)輪(lun)省1/2力(li)多費1倍距離,而(er)且僅限于豎(shu)直向上用(yong)力(li)時,用(yong)力(li)傾(qing)斜(xie)的角度越大,用(yong)的力(li)越多。而(er)且使用(yong)動(dong)滑(hua)輪(lun)時滑(hua)輪(lun)的重(zhong)量對用(yong)的力(li)也有影響(xiang)。不忽(hu)略滑(hua)輪(lun)重(zhong)力(li)且豎(shu)直向上用(yong)力(li)時,我們有:F=(G輪(lun)+G物)/2

滑輪組

定義

滑輪(lun)(lun)(lun)組(zu)(zu):由(you)定滑輪(lun)(lun)(lun)和動滑輪(lun)(lun)(lun)組(zu)(zu)成的滑輪(lun)(lun)(lun)裝置(zhi)。既省力(li)又(you)可改(gai)變力(li)的方向.

但不可以省(sheng)(sheng)功,因為(wei)滑(hua)輪組(zu)省(sheng)(sheng)了力,但費了距離(li)。為(wei)了既節省(sheng)(sheng)又能(neng)改變動力的(de)方向(xiang),可以把定滑(hua)輪和動滑(hua)輪組(zu)合成滑(hua)輪組(zu)。

繞繩方法

滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)組是由若干(gan)個定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)和動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)匹配而(er)成,可(ke)以達到既(ji)省(sheng)力(li)又改變力(li)作用(yong)方向的(de)(de)目的(de)(de)。使(shi)用(yong)中,省(sheng)力(li)多少和繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)繞法,決(jue)定(ding)(ding)于滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)組的(de)(de)使(shi)用(yong)效果。繞繩(sheng)(sheng)的(de)(de)原則(ze)是:當定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)和動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)數量(liang)相等時(shi)(shi),繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)自(zi)由端可(ke)以從(cong)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)出來(lai)(lai),也可(ke)以從(cong)定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)出來(lai)(lai),而(er)且從(cong)定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)出來(lai)(lai)時(shi)(shi),繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)固定(ding)(ding)端掛在(zai)(zai)定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)上(shang)(shang);從(cong)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)出來(lai)(lai)時(shi)(shi),繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)固定(ding)(ding)端掛在(zai)(zai)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)上(shang)(shang)。定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)和動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)數量(liang)差(cha)不會(hui)超過1。他(ta)們數量(liang)不相等時(shi)(shi),繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)自(zi)由端從(cong)多的(de)(de)那(nei)一(yi)邊出來(lai)(lai),繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)固定(ding)(ding)端掛在(zai)(zai)少的(de)(de)那(nei)一(yi)邊。動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)一(yi)定(ding)(ding)時(shi)(shi),當繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)固定(ding)(ding)端掛在(zai)(zai)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)上(shang)(shang)時(shi)(shi),滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)組要比(bi)繩(sheng)(sheng)子的(de)(de)固定(ding)(ding)端掛在(zai)(zai)定(ding)(ding)滑(hua)(hua)(hua)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)時(shi)(shi)省(sheng)力(li)(因為(wei)有(you)更多段繩(sheng)(sheng)子承擔物重)。

設n為承受物重的繩子段數(如上面左邊的滑(hua)(hua)輪(lun)組n=5,右(you)邊n=4),則n段繩子能配n或n-1個(ge)滑(hua)(hua)輪(lun),配n個(ge)輪(lun)子時,動滑(hua)(hua)輪(lun)和定滑(hua)(hua)輪(lun)數量相等,且繩子固定端(duan)在定滑(hua)(hua)輪(lun)上;配n-1個(ge)滑(hua)(hua)輪(lun)時,n為奇數,且繩子固定端(duan)在動滑(hua)(hua)輪(lun)。

使用滑(hua)輪組時,重物有幾條(tiao)繩索承(cheng)受(shou),提起物體所(suo)用的力就是物重的幾分之一。

特點

滑(hua)輪(lun)組(zu)(zu)(zu)用(yong)幾(ji)段繩(sheng)子(zi)吊著物(wu)體(ti),提起物(wu)體(ti)所用(yong)的(de)力就(jiu)是總重的(de)幾(ji)分之(zhi)一.繩(sheng)子(zi)的(de)自由端繞過(guo)動(dong)(dong)(dong)(dong)滑(hua)輪(lun)的(de)算(suan)一段,而繞過(guo)定(ding)(ding)滑(hua)輪(lun)的(de)就(jiu)不算(suan)了。使用(yong)滑(hua)輪(lun)組(zu)(zu)(zu)雖(sui)(sui)然(ran)省了力,但(dan)費(fei)(fei)了距(ju)(ju)離(li)(li),動(dong)(dong)(dong)(dong)力移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)距(ju)(ju)離(li)(li)大于(yu)重物(wu)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)距(ju)(ju)離(li)(li).費(fei)(fei)距(ju)(ju)離(li)(li)的(de)多(duo)少主要(yao)看定(ding)(ding)滑(hua)輪(lun)的(de)饒(rao)繩(sheng)子(zi)的(de)段數,用(yong)滑(hua)輪(lun)組(zu)(zu)(zu)做實驗,很容易看出(chu),使用(yong)滑(hua)輪(lun)組(zu)(zu)(zu)雖(sui)(sui)然(ran)省了力,但(dan)是費(fei)(fei)了距(ju)(ju)離(li)(li)——動(dong)(dong)(dong)(dong)力移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)距(ju)(ju)離(li)(li)大于(yu)貨物(wu)升(sheng)高的(de)距(ju)(ju)離(li)(li)。

關系

幾個關系(滑輪組豎直(zhi)放置時,不算(suan)摩(mo)擦(ca)):

其中 s是繩端(duan)移動(dong)的距離,h是物(wu)體(ti)上升(sheng)的高度,G1:物(wu)體(ti)重(zhong)(zhong)力。G2:動(dong)滑(hua)輪的重(zhong)(zhong)力(注(zhu)意,是動(dong)滑(hua)輪的重(zhong)(zhong)力,不是全(quan)部滑(hua)輪的重(zhong)(zhong)力)F:繩端(duan)所施加(jia)的力 n:拉(la)重(zhong)(zhong)物(wu)的繩子的段數。

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