細說滑輪組

2021-02-20 王老師說物理

一、認識滑輪組

 

我們知道,使用定滑輪可以改變力的方向;使用動滑輪可以省力。那麼,如果將定滑輪和動滑輪組合在一起就可以實現既改變力的方向又可以省力的目的,這就是滑輪組。下圖就是由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組,繩子系在滑輪掛鈎的一端叫固定端;被人拉著的一端叫自由端。

 

二、滑輪組特點

 

用同樣數量的定、動滑輪組裝滑輪組時,由於繩子的繞法不同,組成的滑輪組特點是不同的。下圖中的兩個滑輪組都是由一個定滑輪和一個動滑輪組成的,請大家仔細觀察這兩個滑輪組的區別。

 

我們發現這兩個滑輪組的繩子固定端的位置不同,左側的固定端在動滑輪上,右側的固定端在定滑輪上。這就導致承擔重物的繩子段數n不同,左側的滑輪組承擔重物的繩子段數是3段(n=3),作用在繩子自由端的拉力F就是重物和動滑輪總重的三分之一(忽略繩重和摩擦),繩子拉動的距離s就是重物上升高度h的三倍(s=3h,費三倍距離);右側的滑輪組承擔重物的繩子段數是2段(n=2),作用在繩子自由端的拉力F就是重物和動滑輪總重的二分之一(忽略繩重和摩擦),繩子拉動的距離s就是重物上升高度h的二倍(s=2h,費二倍距離)。

 

同理,由兩個定滑輪和兩個動滑輪組成的滑輪組也有類似的特點,請同學們仔細觀察下圖,牢記規律:有幾段繩子承擔重物,拉力就是總重的幾分之一,也就會費幾倍的距離。(忽略繩重和摩擦)

 

補充:繩子自由端移動的速度與物體上升的速度之間也存在n倍的關係,請同學們自行體會。

 

三、特殊情況

 

一般來說,常規用法的滑輪組都是省力、費距離的機械。但如果將重物掛在繩子的自由端,拉力作用在動滑輪上,這樣的滑輪組就變成了費力、省距離的機械了。如下圖:

圖中,如果忽略動滑輪重、繩重和摩擦,拉力F是物重的二倍,拉力移動的距離是物體上升高度的二分之一。

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