动滑轮的实质 定滑轮的实质是什么


滑轮:生活中的常见与学术探讨

滑轮,作为日常生活中的常见工具,在初中阶段我们就已熟知其动滑轮、定滑轮及滑轮组的形式。在高中阶段的学术探讨中,其变体如光滑的凸面、杆、球、瓶口等亦有所涉及。让我们先来一探究竟,了解滑轮的基础知识。

一、定滑轮的深入理解

(1)概念:定滑轮是一种轴固定不动的滑轮。

(2)实质:定滑轮的本质是等臂杠杆,即动力臂与阻力臂长度相等。

(3)特点:定滑轮不省力也不省距离,但其独特之处在于能够改变力的方向。这与我们所知的一根绳子上的弹力大小处处相等的物理原则是一致的。

(4)对于理想的定滑轮(不考虑轮、轴之间的摩擦力),其所受的力F与物体的重力G相等。在此,需注意题目中是否明确排除了摩擦力的影响,这一点需特别留意。

(5)绳子自由端的移动距离S1(或速度V1)与重物移动的距离S2(或速度V2)相等。值得注意的是,绳子自由端和重物移动的速度大小及加速度大小亦相等。

二、动滑轮的详解

(1)概念:动滑轮是一种其轴可以随物体一起运动的滑轮。

(2)实质:动滑轮在力学上可视为动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。

(3)特点:动滑轮能够省力但会费距离,且无法改变力的方向。这与其一根绳子上的弹力大小处处相等的原则并不矛盾。这是因为重物受到的是两个大小相同、方向相同的力的作用。这与我们所说的绳子只能产生拉力,不能产生压力是一致的。

(4)对于理想的动滑轮(不考虑轮轴间摩擦及动滑轮自身重力),其所受的力F为物体重力G的一半。若仅忽略轮轴间摩擦,则拉力F为(G物+G动)/2。对此,需注意题目中是否明确了摩擦力及滑轮质量的考虑情况。

(5)绳子自由端的移动距离S1(或V1)为重物移动的距离S2(或V2)的两倍。绳子自由端的移动速度大小和加速度大小均为重物移动速度的大小和加速度大小的两倍。

由于动滑轮的这种两倍关系,使得其在学术探讨中考察相对较多。

不论定滑轮或动滑轮,遵循着一根绳子上力的大小始终相等的物理原则。