杠杆、斜面、滑轮、轴、天车、动滑轮原理。

第一,杠杆原理

杠杆又叫省力杠杆、省力杠杆、等臂杠杆,杠杆原理又叫“杠杆平衡条件”。为了平衡杠杆,作用在杠杆上的两个力矩(力和力臂的乘积)必须相等。

即功率×功率臂=电阻×电阻臂,用代数表达式表示为F1 L1 = F2 L2。其中F1代表功率,L1代表功率臂,F2代表电阻,L2代表电阻臂。从上面的公式可以看出,要平衡杠杆,动力臂是阻力臂的几倍,阻力是动力的几倍。

二、坡度原则

斜面是一种倾斜的平板,可以用比较小的力把一个物体从低的地方举到高的地方,但是举这个物体的路径长度也会增加。斜面是古希腊人提出的六种简单机器之一。

如果斜面的斜度较小,即斜面与水平面的夹角较小,则作用在物体上的力较小,但移动的距离较长;或者反过来,达拉斯到观众席假设移动荷载不会引起能量储存或耗散,斜面的力学优势是其长度与提升高度之比。

在日常生活中,经常会用到斜面。行驶车辆的坡道是常见的斜坡;当卡车装载大型货物时,通常倾向于在卡车后部放置一块板,以将货物从板上推起。还应用了斜面理论。

第三,滑轮原理

滑轮的主要作用是拉动负载、改变施力方向、传递动力等。由多个滑轮组成的机器称为“滑轮组”或“复合滑轮”。滑轮组有很大的机械效益,可以拉重物。滑轮也可以是链传动或皮带传动的部件,将动力从一个旋转轴传递到另一个旋转轴。

四、车轴原理

轴的本质是杠杆可以连续转动。使用车轴时,作用在车轮上的力和作用在轴上的力的作用线都与车轮和轴相切,所以它们的力臂就是对应的车轮半径和轴半径。

因为轮子的半径总是大于轴的半径,所以当动力作用在轮子上时,轴就是一个省力省距的杠杆(下图第一张)。实际例子:自行车踏板和轮盘(大齿轮)是省力轴。当动力作用在轴上时,轴就是一个省力省距的杠杆。实际例子有:自行车后轮和车轮上的飞盘(小齿轮),吊扇的叶片和轴都是省力轴。

五、天车原则

使用时,滑轮的位置是固定的;天车本质上是一个等臂杠杆,省力不费力,但是可以改变作用力的方向。杠杆的力臂和阻力臂分别是滑轮的半径,所以力臂等于阻力臂,杠杆既不省力也不费力。

天车不省力,而且不考虑绳重,不考虑绳与轮的摩擦力,不管绳的受力方向在哪里,吊起重物所用的力都是相等的,因为动力臂和阻力臂相等,等于滑轮的半径。

六、动滑轮的原理

动滑轮省力1/2,多花1倍的距离。这是因为使用动滑轮时,钩码由两根绳子悬挂,每根绳子只承受钩码重量的一半,力的方向不能改变。本质上是一个力臂(L1)比阻力臂(L2)大一倍的杠杆:图中O为支点,F1为举起物体的力,F2为物体的重力(也可以理解为不用机械举起物体的力)。