滑轮

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介绍

滑轮通常被认为是简单的机械装置，用于在建筑工地或布景设计中搬运或提升重物。滑轮是一种边缘带有凹槽的轮子，用于固定缆绳或电线。提升重物所需的力与在没有滑轮的情况下将重物提升到相同高度所需的功相当。这里力的大小减小了，但作用距离会更大。根据承载能力、尺寸和机械优势，滑轮可以分为几种类型。

什么是滑轮？

滑轮通常像杠杆一样放大力。这是一种简单的机械装置，由一根固定在支点（即枢轴点）上的杆或长梁组成。杠杆的支点处连接着负载，然后施加作用力。为了提升或移动任何材料，所使用的滑轮与杠杆的工作原理相同。有时滑轮有助于拉动材料，但实际上并没有移动它们 (Pla Pueyo, 2017)。

它通常用于减少移动负载所需的力。所有滑轮都能提供机械优势，但较长的滑轮能提供更大的机械优势。它们还可以用于在一端施加大的力作用于短距离，而在另一端施加小的力作用于长距离。

滑轮：工作原理

就像杠杆有助于在更远的距离搬运或提升重物一样，滑轮也遵循同样的原理。杠杆可以用于各种用途，例如提升重物、拔出嵌入木材中的钉子，甚至切割物体。滑轮可用于电梯、百叶窗、健身器材、伸缩梯和车库门。在船舶上，滑轮用于升降帆，同样的原理也用于剧院的幕布。

图1：滑轮的工作原理

滑轮由两个主要部件组成：凹槽和绳索。滑轮主要是一个依靠凹槽运行的轮子，绳索、皮带或电缆在该凹槽内运行，以在较远的距离提升重物 (Maulana et al. 2020)。滑轮的工作原理强调，当重物连接到滑轮的一端并向下拉时，绳索的另一端向上拉。因此，力的方向从向下变为向上。

不同类型的滑轮

滑轮通常被认为是简单的机械装置，其工作原理与杠杆相同。滑轮改变了提升重物和轻物时所施加的作用力的方向。在布景设计和建筑工程中使用的两种主要类型的滑轮如下所述：动滑轮和定滑轮。

定滑轮

当滑轮铰接在固定状态的支撑物上时，它被称为定滑轮。与动滑轮一样，定滑轮不能上下移动，但可以在其轮缘或围绕固定的枢轴旋转。

图2：定滑轮

动滑轮

动滑轮可以上下移动，并通过相同长度的绳索连接到物体或天花板上。动滑轮的主要例子包括电梯、建筑起重机和健身房的举重设备 (Persson, 2020)。与定滑轮一样，这些滑轮也能在其轮缘旋转。

图3：动滑轮

滑轮的部件

滑轮用于减少日常生活中提升重物所需的力。滑轮包含几个部件来帮助进行提升工作。这些部件包括轴或轴心、绳索、在凹槽内运行的电缆或皮带，以及主要部件轮子。滑轮上的凹槽是在表面上制造的狭窄而长的切口 (de Oliveira et al. 2018)。铰链是将两个部件连接在一起的接头，以便一个部件可以相对于另一个部件摆动。枢轴是滑轮旋转或平衡的中心或销。所有这些部件都提供了改变方向和施力点的优势，并使提升负载的过程更容易。

结论

单个定滑轮通常仅用于改变作用力的方向。另一方面，单个动滑轮用于减少所需的输入力。定滑轮的工作原理与杠杆相同，只能改变力的方向，而不能改变力的大小。这里的输入力等于输出力，机械优势为1。滑轮通常用于从井中汲水。为了提升重物，起重机可以使用这些滑轮。各种滑轮的组合可以在短时间内完成更大更复杂的任务。

常见问题

Q1. 在物理学中，滑轮是什么意思？

在物理学中，滑轮被定义为一种简单的机械装置，在其轮缘上连接有绳索、电线或电缆等挠性元件的轮子。滑轮可以单独或组合使用以传递运动或能量。

Q2. 定滑轮的例子有哪些？

如果滑轮铰接在固定的支撑物上，则称为定滑轮。这种滑轮不能像动滑轮那样上下移动，但可以旋转。定滑轮的一个例子是旗杆。

Q3. 动滑轮的例子有哪些？

如果滑轮可以灵活地向上和向下移动重物，则可以将其称为动滑轮。动滑轮的例子包括现代电梯和健身房的举重设备。

Q4. 滑轮的缺点是什么？

滑轮在传递运动时会使用摩擦，因此存在打滑的可能性。滑轮不适用于轮缘高速下的大功率传输。