动滑轮的实质(定滑轮和动滑轮示意图)

滑轮是一个周围有凹槽的小轮子，可以绕轴旋转。能绕中心轴旋转的简单机器称为滑轮，由一个能绕中心轴旋转的带槽圆盘和横跨圆盘的绳子、胶带、钢缆、链条组成。

如下图，是等臂杆。如果在它的上下加一个半圆形的板，在支点处装一根轴使它转动，这就是滑轮。

滑轮的杆模型

所以滑轮的本质是一个可旋转的杠杆。杠杆的平衡条件也适用于滑轮。

滑轮有三种:天车:在转动过程中，它的轴是固定的，或者位置不变。动滑轮:在转动的过程中，它的轴可以随物体移动，或者轴的位置不断变化。滑轮:两个或多个滑轮的组合。

天车的特点:如图，根据杠杆原理分析:排除摩擦力，F1l1=F2l2，因为L1=L2，所以F1=F2，天车的本质是一个等臂杠杆，使用天车不省力但可以改变动力的方向。

天车的杆模型

动滑轮的特点:如下图所示，不考虑动滑轮的重量和摩擦力，根据杠杆原理分析:F1l1=F2l2，因为L1=2L2，动滑轮的本质是动力臂是两倍于阻力臂的省力杠杆。用动滑轮可以省一半的力，但是不能改变力量的方向。动滑轮的支点是可变的。如果只忽略轴间的摩擦力，拉力F= (G +G) /2。

动滑轮的杆模型

滑轮组的特点:使用滑轮组可以省力，有时还可以改变动力的方向。排除轴间摩擦力和动滑轮重力，拉力f = g/n .如果只忽略轴间摩擦力，拉力F= (G +G)/n。

滑轮组由若干天车和动滑轮配合而成，可以达到省力和改变力的方向的目的。在使用中，省力多少决定了绳子的缠绕方式。

代表性滑轮组

原理是:当n为奇数时，绳索由滑轮驱动。使用动滑轮时，要承受三段绳索，然后每增加一个动滑轮就增加两段绳索。如果n=5，则需要两个可移动滑轮(3+2)。当n为偶数时，钢丝绳从天车开始。此时，所有移动的滑轮都只由两根绳子承担。如果n=4，则需要两个可移动滑轮(2+2)。

根据需要确定天车的数量，原则是:一般两根绳索配一个动滑轮，一个动滑轮一般配一个天车。当不需要改变力的方向时，偶数编号的绳索可以减少一个天车；要改变力的方向，需要加一个天车。

滑轮组的设计原则可以概括为:奇动偶定；移动一定，偶数减一定，改变方向加一定。

在以上知识的基础上，我们可以讨论滑轮省力的物理原理。对于天车，上面讨论的是一个理想的机器。实际使用天车时，应考虑转轴与钢丝绳和滑轮之间的摩擦。所以使用天车不能省力，本文不讨论。

滑轮组的省力原理和动滑轮一样，只是动滑轮的数量不同。因此，本文不讨论滑轮组，只讨论典型的滑轮——动滑轮。

首先可以用杠杆原理来分析动滑轮的省力原理。

如果是理想的动滑轮，不考虑动滑轮的重量和摩擦力，根据杠杆原理分析，动力臂是阻力臂的两倍，使用动滑轮可以节省一半的力。使用动滑轮，动力运动的距离大于重物。

其次，从静平衡的角度分析了动滑轮的省力原理。

在不考虑摩擦力的情况下，当动滑轮在垂直方向静止或匀速直线运动时，动滑轮受到四个静力的平衡，即动滑轮自重(G运动)、重物对动滑轮的拉力(等于物体G的重量)和两根绳子对动滑轮的拉力f。由于在不考虑摩擦力的情况下，两根绳子对动滑轮的拉力F相等，所以有一个平衡方程:2 F= G物体+G运动，拉力F= (G物体+G运动)/2。

G运动相对于G物体很小，所以f小于G，也就是动滑轮省力。

再次，从机械工作原理的角度探讨了动滑轮的省力原理。

机械做功原理:使用任何机械都不能省功。理解它在下列情况下的含义:

1、做完一件事，做的功是一个不变的值，不管你用龙腾棋牌官网 方式。省力必然成本距离；努力必然会节省距离。

2、不考虑摩擦力和机械自重:用人力F举起东西所做的功等于机械举起东西所做的功。

3、不考虑摩擦力和机械自重:动力F所做的功等于阻力所做的功。

4.如果考虑摩擦力和机械自重，G运动(实际机械):功率F所做的功等于机械克服所有阻力所做的功。

5.如果考虑摩擦力和机械的自重(即实际机械)，使用机械不仅可以省力，还可以做更多的额外工作。

所以对于一个理想的机器，W=FS=Gh，由于S=2h，F=G/2，这就是动滑轮省力一半的原理。

如果只考虑机械自重而不考虑摩擦力，那么FS=Gh+G移动h .由于S=2h，F= (G物体+G移动)/2。G动相对G物体来说很小，动滑轮还是比较省力的。

如果考虑摩擦力和机械自重，G-motion(实际机械):动力所做的功等于机械克服所有阻力所做的功。此时η= Gh/FS，因为S=2h，所以F=G/2η，η为机械效率，始终小于1，即动滑轮仍然省力。

特别提醒:不是所有的动滑轮都能省力。下图，右边的动滑轮费力。

滑轮是一种变形杠杆，属于杠杆简单机械，用途广泛。在中国，早在战国时期，《莫箐》一书中就有关于滑轮的记载。滑轮组广泛应用于起重机、绞车、电梯等机械中。工厂常用的差速器滑轮(俗称手拉葫芦)也是滑轮组的一种。

阿基米德详细解释了滑轮的运动学理论。据说阿基米德曾独自用复合滑轮拉动一艘满载货物和乘客的海船。公元一世纪，弘分析并写出了关于复合滑轮的理论，证明了载荷与作用力之比等于承受载荷的绳段数，即“滑轮原理”。