第 8 章 第 2 节 滑轮

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滑轮

滑轮是一种常用的简单机械,它在日常生活中的应用很广泛。在战国时期的《墨经》和汉代的砖刻上,就已有了我国古代人民使用滑轮的记载。如今,建筑工地和码头的起重机上安装了许多滑轮(图 8–2–1),能方便地将数吨的重物吊起。这些滑轮究竟起到了什么作用?

什么是滑轮?

滑轮(pulley)是周边有槽,能绕着中心轴转动的轮子。将绳嵌在槽内,拉动绳子,滑轮便可绕轴转动。

使用时,轴固定,不随物体一起移动的滑轮叫做定滑轮(图 8–2–2);轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮(图 8–2–3)。

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图 8–2–2  定滑轮
图 8–2–3  动滑轮

定滑轮和动滑轮在使用时有什么特点?

 
图 8–2–4  用不同的方式匀速提起钩码

如图 8–2–4 所示,用不同的方式匀速提起两个质量均为50 g的钩码,观察力传感器的用力的方向,记录传感器的示数及使用滑轮时钩码和绳子提拉端移动的距离,归纳定滑轮和动滑轮的使用特点。

大量实验表明:

用定滑轮匀速提升物体时,可以改变用力的方向,但不能省力,物体和绳子提拉端移动的距离相等。

用动滑轮匀速提升物体时,若忽略动滑轮自重和摩擦,且滑轮两侧绳子都沿竖直方向,则可以省一半力,绳子提拉端移动的距离是物体移动距离的2倍,但不能改变用力的方向。

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滑轮在使用时为什么有这样的特点?

如图 8–2–5(a)所示,定滑轮可以看作为一个等臂杠杆,滑轮的轴就是杠杆的支点 O,杠杆的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。如图 8–2–5(b)所示,即使改变施力方向,动力臂和阻力臂仍然等于滑轮的半径。

图 8–2–5  定滑轮可看作等臂杠杆

如图 8–2–6 所示,动滑轮可以看作为一个省力杠杆,O 为杠杆的支点,滑轮的轴为阻力的作用点,被提升的物体对滑轮轴的作用力是阻力,绳子提拉端对滑轮的作用力是动力。若两侧绳子都沿竖直方向,则阻力臂等于滑轮的半径,动力臂等于滑轮的直径。

图 8–2–6  动滑轮可看作省力杠杆

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图 8–2–7  用动滑轮提重物

滑轮在日常生活中有着广泛的应用。升国旗时,人只需站在地面不断向下拉绳子,国旗就能随着另一侧的绳子上升,这是利用旗杆顶部的定滑轮可改变用力方向实现的。建筑工人利用动滑轮可以较省力地将建筑材料提升至高处(图 8–2–7)。

 

定滑轮和动滑轮可以组合成滑轮组,使用时既能改变用力的方向,又能省力。现代工程技术与工业生产离不开机械的应用,在起重机、卷扬机、升降机等各类机械中都能看到滑轮组的身影。

2023 年 4 月,我国生产的 R20000–720 塔式起重机(图 8–2–8)正式下线交付,它的最大起重量可达 720 t,最大起升高度约 400 m,相当于一次将500辆小轿车起吊至 130 层楼的高度。它融合了 158 项创新科研成果、305 项发明专利,其中包括 60 余项核心关键技术和 12 项世界首创,是名副其实的大国重器。

图 8–2–8  R20000–720塔式起重机

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1.如图 8–2–9 所示,升降式晾衣架中的装置 A 是_______滑轮,使用它的目的是________________________________________。

图 8–2–9
图 8–2–10

2.如图 8–2–10 所示,用滑轮匀速提起重物时,滑轮可看作变形的杠杆。在图中标出支点 O,并画出动力臂 l1

图 8–2–11

3.如图 8–2–11 所示,分别利用甲、乙两滑轮匀速提起两个重物。其中,乙滑轮为_________滑轮,使用时相当于_________杠杆;不计滑轮重力及摩擦,若拉力 F1 = F2,则GA_________GB

4.滑轮可看作变形的杠杆,但滑轮与杠杆在实际生产、生活中使用时既有相似之处,也有区别。试以等臂杠杆和定滑轮分别提升同一重物的过程为例,比较这两种简单机械使用的异同点。


发布时间:2026/4/12 16:08:47  阅读次数:20