初中物理竞赛基础教程:滑轮、轮轴、斜面

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约10340字。
  第11讲滑轮轮轴斜面
  11.1 学习提要
  11.1.1 滑轮
  滑轮是一种常见的简单机械。滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮,如图11-1所示。由于使用方法的不同,可以把滑轮分为定滑轮和动滑轮两类。
  1. 定滑轮
  工作时轴保持固定不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮的实质是一个等臂杠杆,所以正确使用它既不省力,也不省距离,但可以改变用力方向。
  2. 动滑轮
  工作时轴随物体一起移动的滑轮称为动滑轮。动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,所以在不计算滑轮所受重力及轮与绳的耗损摩擦的情况下,也就是理想情况下,使用动滑轮可以省一半的力,但要多移动一倍的距离,同时使用动滑轮不能改变用力的方向。
  定滑轮与动滑轮的示意图以及它们与杠杆的等效图如图11-2所示。
  3. 滑轮组
  定滑轮和动滑轮的组合叫滑轮组。
  使用滑轮组,既能省力,又能改变用力的方向,但要多移动距离。
  如图11-3(a)所示,在理想状态下,只用动滑轮时,拉力FA为重力GA的一半,省了一半的力,但没有改变用力的方向。
  如图11-3(b)所示,在理想状态下,拉力FB仍为物体重力GA的一半,省了一半的力,但力的方向改变了!
  在这一实例中,动滑轮起到省力的作用,而定滑轮起到可以改变力的方向的作用,把图11-3(b)加以规范美观,就成为最常见、也是最简单的滑轮组,如图11-3(c)所示。
  在由一根绳子绕制的滑轮组中,重物和全部动滑轮的总重力由几段绳子承担,提起重物所用的力就是总重力的几分之一。动力作用点移动的距离就是物体移动距离的几倍。即F=1/nG总,其中n为经过动滑轮的绳子股数,如果物体上升h,则动力作用点移动的距离为s=nh.
  4. 滑轮应用的实例
  滑轮或滑轮组在实际生产和生活中有着广泛的应用。如升旗时向下用力,红旗却向上冉冉升起;向下拉动窗帘的引线,可以使窗帘闭合或打开等,这些都是利用定滑轮改变力的方向来实现的。根据使用滑轮组可以省力和改变用力的方向这一特点,人们设计了一些“用小力换大力”的工作方案,如吊车上的滑轮组、工厂或建筑工地上常用的举吊重物的装置等,都是滑轮组的具体应用。
  11.1.2  轮轴
  1. 轮轴
  由轮和轴组成,且轮和轴能绕共同轴线转动,这种简单机械叫做轮轴。
  请注意观察图11-4所示的辘轳,在工作时,摇把转一周,辘轳的轴也转一周,其摇把相当于轮,而绕着绳子的部分即为轴。
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