滑輪省力原理，簡單而又不簡單的力學(xué)知識！
滑輪是一個周邊有槽 ， 能夠繞軸轉(zhuǎn)動的小輪 。由可繞中心軸轉(zhuǎn)動有溝槽的圓盤和跨過圓盤的繩、膠帶、鋼索、鏈條等所組成的可以繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的簡單機械叫做滑輪 。
如下圖，是一個等臂杠桿，如果在它的上方和下方加一個半圓板，并在支點處安裝一個軸使它能轉(zhuǎn)動，這就是滑輪 。

所以 ， 滑輪的實質(zhì)是可以轉(zhuǎn)動的杠桿 。杠桿的平衡條件同樣適用于滑輪 。
【滑輪省力原理的物理知識 動滑輪的實質(zhì)是什么杠桿原理】滑輪有三類： 定滑輪：在轉(zhuǎn)動的過程中，它的軸固定不動，或者說它的位置不發(fā)生改變 。動滑輪：在轉(zhuǎn)動的過程中，其軸可以隨物體一起移動 ， 或者說，軸的位置不斷改變 。滑輪組：二個以上的滑輪組合 。
定滑輪的特點：如圖，根據(jù)杠桿原理分析：不計摩擦，F(xiàn)1l1=F2l2，因為 L1=L2，所以，F(xiàn)1=F2，定滑輪的實質(zhì)是等臂杠桿，使用定滑輪不能省力但是能改變動力的方向 。



動滑輪特點：如下圖，不計動滑輪的重和摩擦，根據(jù)杠桿原理分析：F1l1=F2l2，因為L1=2L2，所以，動滑輪的實質(zhì)：動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿 。使用動滑輪能省一半的力，但不能改變動力的方向 。動滑輪的支點是變化的 。如只忽略輪軸間的摩擦則：拉力F= (G物 G動)/2 。



滑輪組特點：使用滑輪組既能省力 ， 有時能夠改變動力的方向 。不計輪軸間的摩擦和動滑輪的重力，拉力F= G/n。如只忽略輪軸間的摩擦，則拉力F= (G物 G動)/n 。
滑輪組是若干個定滑輪和動滑輪匹配而成，可以達到既省力又改變力作用方向的目的 。使用中 ， 省力多少決定繩子的繞法 。



原則是：n為奇數(shù)時，繩子從動滑輪為起始 。用一個動滑輪時有三段繩子承擔(dān) ， 其后每增加一個動滑輪增加二段繩子 。如：n=5，則需兩個動滑輪（3 2） 。n為偶數(shù)時，繩子從定滑輪為起始，這時所有動滑輪都只用兩段繩子承擔(dān) 。如：n=4，則需兩個動滑輪（2 2） 。
按要求確定定滑輪個數(shù)，原則是：一般的：兩股繩子配一個動滑輪，一個動滑輪一般配一個定滑輪 。力作用方向不要求改變時 ， 偶數(shù)段繩子可減少一個定滑輪；要改變力作用方向，需增加一個定滑輪 。
滑輪組設(shè)計原則可歸納為：奇動偶定；一動配一定，偶數(shù)減一定，變向加一定 。
在以上知識的基礎(chǔ)上，我們就可以討論滑輪省力的物理原理 。對于定滑輪 ， 上面討論的是理想機械，實際使用定滑輪時，要考慮轉(zhuǎn)軸摩擦、繩子和滑輪之間的摩擦 ， 所以，使用定滑輪不能省力 ， 不在本文討論之列 。
滑輪組的省力道理與動滑輪一樣，只是動滑輪的數(shù)量不同而已 ， 因此，本文也不討論滑輪組，只討論典型滑輪----動滑輪 。
第一，我們可以用杠桿原理分析動滑輪的省力原理 。
如果是理想的動滑輪，不計動滑輪的重和摩擦 ， 根據(jù)杠桿原理分析，動力臂為阻力臂的2倍 ， 使用動滑輪能省一半的力 。使用動滑輪，動力移動的距離大于重物移動的距離 。



第二，從靜力平衡的角度分析動滑輪的省力原理 。
不計摩擦，當(dāng)動滑輪在豎直方向靜止或作勻速直線時，動滑輪受到了四個靜力而平衡，即動滑輪的自重（G動）、重物對動滑輪的拉力（等于物體重G物）、兩股繩子對動滑輪的拉力F 。
由于不計摩擦，兩股繩子對動滑輪的拉力F是相等的，則有平衡等式：2 F= G物 G動，推出拉力F= (G物 G動)/2 。
G動相對于G物來說很?。?所以，F(xiàn)小于G，即動滑輪是省力的 。



第三，從機械功原理角度來討論動滑輪的省力原理 。
機械功原理：使用任何機械都不能省功 。理解其含義有以下幾種情況：
1、做完一件事，所做的功是一個定值 ， 不論你采用何種方式 。省力必然費距離；費力必然省距離 。
2、不考慮摩擦和機械自重：用人力F提物所做的功等于機械提物所做的功 。
3、不考慮摩擦和機械自重：動力F所做的功等于阻力所做的功 。
4、如果考慮摩擦和機械的自重G動（實際機械）：動力F所做的功等于機械克服所有阻力所做的功 。
5、如果考慮摩擦和機械的自重G動（即實際機械）：使用機械不僅不能省功，而且還要多做一些額外功 。
所以，對于理想機械，W=FS=Gh ， 由于S=2h，因此 ， F=G/2，這就是動滑輪省一半力的原理 。
如果不計摩擦，只考慮機械的自重 ， 則FS=Gh G動h，由于S=2h，所以，F(xiàn)= (G物 G動)/2 。G動相對于G物來說很小，動滑輪仍然是省力的 。



如果考慮摩擦和機械的自重G動（實際機械）：動力所做的功等于機械克服所有阻力所做的功 。這時，η= Gh/FS，由于S=2h，所以，F(xiàn)=G/2η ， η是機械效率，總是小于1的，即動滑輪仍然是省力的 。
特別提醒：并不是所有的動滑輪都可以省力的 。下圖中 ， 右邊的動滑輪是費力的 。



滑輪是變形杠桿，屬于杠桿類簡單機械，用途很廣 。在我國早在戰(zhàn)國時期著作《墨經(jīng)》中就有關(guān)于滑輪的記載 。滑輪組在起重機、卷揚機、升降機等機械中得到廣泛應(yīng)用 。工廠中常用的差動滑輪（俗稱手拉葫蘆）也是一種滑輪組 。






阿基米德詳細地解釋了滑輪的運動學(xué)理論，據(jù)說阿基米德曾經(jīng)獨自使用復(fù)式滑輪拉動一艘裝滿了貨物與乘客的大海船 。西元一世紀，希羅分析并且寫出關(guān)于復(fù)式滑輪的理論 ， 證明了負載與施力的比例等于承擔(dān)負載的繩索段的數(shù)目，即“滑輪原理” 。

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