Block and Tackle是如何工作的

由:马歇尔的大脑|

一个简单的滑轮系统。"width=
一个简单的滑轮系统。

如果你曾经看过起重机的末端,或者如果你曾经使用过发动机起重机或起重机,或者如果你曾经看过帆船上的索具,那么你就会看到一个滑轮和滑车在工作。滑轮组是一种由绳子和滑轮组成的装置,它可以让你用力量交换距离。在本版东西是如何工作的我们将看看滑轮和滑车是如何工作的,并检查其他几个力倍增装置!

了解Block and Tackle

想象一下,你有一个100磅(45.4公斤)的重物悬在绳子上,如图所示。

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在这个图中,如果你要把重物悬浮在空中,那么你要对绳子施加一个向上的100磅的力。如果绳子长100英尺(30.5米),你想把重物举起100英尺,你必须拉100英尺的绳子。这是简单而明显的。

现在想象一下,你在混合物中加入一个滑轮。

这会改变什么吗?不是真的。唯一改变的是你用来举起重物的力的方向。你仍然需要施加100磅的力来保持重物悬浮,你仍然需要卷上100英尺的绳子来把重物举起100英尺。

添加第二个滑轮后的布置如下图所示:

这种安排确实在很大程度上改变了事情。你可以看到,重物现在是由两个滑轮而不是一个滑轮悬浮的。这意味着重量在两个滑轮之间平均分配,所以每个滑轮只能承受一半的重量,即50磅(22.7公斤)。这意味着,如果你想让重物悬浮在空中,你只需要施加50磅的力(天花板对绳子的另一端施加另外50磅的力)。如果你想把重物举高100英尺,那么你必须卷两倍的绳子0- 200英尺的绳子必须被拉进去。这说明了力量与距离之间的权衡。绳子的力被切断了一半,但必须拉的距离增加了一倍。

下面的图表增加了第三和第四滑轮的安排:

在这张图中,滑轮附着在重物上,实际上是由在同一轴上的两个单独的滑轮组成,如图所示。这种安排将力量减半,距离加倍。要把重物保持在空中,你只需要施加25磅的力,但要把重物举到100英尺高的地方,你现在必须卷上400英尺的绳子。

一个滑轮组可以包含任意多的滑轮,尽管在某一点上,滑轮轴上的摩擦力开始成为一个重要的阻力源。

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其他力/距离权衡

你会在各种简单的机器中接触到力/距离的权衡。例如,杠杆就是这种现象的一个例子:

在这个图中,一个力F作用在杠杆的左端。杠杆的左端(2X)是右端(X)的两倍长,因此在杠杆的右端有一个2F的力,但它作用的距离(Y)是左端移动距离(2Y)的一半。改变杠杆左右两端的相对长度会改变乘数。

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齿轮可以做同样的事情:

在这张图中,左齿轮的直径是右齿轮的两倍。左齿轮每转一圈,右齿轮转两圈。如果你在左齿轮上通过一个旋转施加一定的扭矩,右齿轮会产生一半的扭矩,但会转两圈。

另一个很好的例子是一个简单的液压系统,如下所示:

假设有两个装满水的钢瓶,用管道将两个钢瓶连接在一起,如图所示。如果你对左边的柱塞施加一个力F,它会在左边的气缸中产生压力。假设你给左边的圆柱体施加一个10磅的向下的力。我们还设左边圆柱的半径是0.57英寸。因此,左活塞的面积是Pi * 0.57 * 0.57 = 1平方英寸。如果右边气缸的半径是4倍,即2.28英寸,那么右边活塞的面积是16平方英寸,即16倍。如果你用10磅的力把左边的活塞向下推16英寸,那么右边的活塞就会上升1英寸,用160磅的力。各种液压缸每天都在利用这种简单的力倍增效应。

你可以看到,滑轮、滑车、杠杆、轮系和液压系统都做着同样的事情:它们让你通过按比例缩小被放大的力所能作用的距离来放大一个力。事实证明,这种力的倍增是一种非常有用的能力!下面是一些使用这些简单原则的设备:

  • 汽车千斤顶(杠杆或螺纹齿轮)
  • 指甲剪(杆)
  • 汽车变速器(齿轮)
  • 靠岸(滑车、齿轮)
  • 开罐器(齿轮、杠杆)
  • 撬棍(杆)
  • 锤爪(杆)
  • 开瓶器(杆)
  • 汽车刹车(液压)
  • 液压车间升降机
  • 升降机(滑车组)
  • 等等……

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最初出版:2000年4月1日

滑轮常见问题解答

滑轮是如何工作的?
滑轮是装在车轴上的轮子,用来帮助搬运重物。一个单轮滑轮可以让你改变你必须施加的力的方向,通过向下拉动来提升重物。类似地,一个两轮滑轮平分重量,所以每个滑轮只承受一半的重量,让你用一半的力提起同样的重量。
哪里用滑轮?
滑轮在许多行业中有不同的应用。常见的例子包括用于提升和移动重物的施工滑轮;剧院窗帘和百叶窗;还有很多运动器材。
起重机是滑轮吗?
起重机是一种利用滑轮和缆绳来提升、移动和放下重物的机器。虽然起重机的主要功能是使用滑轮,但它们本身并不是滑轮。

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