经济日报
240牛木箱在真实滑轮组中的拉力通常高于60牛,因为动滑轮轴处存在摩擦,绳子与轮槽之间有摩擦,绳子自身也可能有重量和弯曲阻力。若实验测得拉力约80牛,不能立即判断滑轮组失效,而应📚先将理想值60牛与实际值80牛进行比较。
这里的G代表被提升物体的重力,T代表绳端拉力。若木箱重力为240牛,四段💡承重绳的理想拉力就是:
把动滑轮和被提升物一起看成研究对📚象时,四段承重绳的总向上拉力近似为🔥4T。若滑轮组的机械效率用η表示,则可用下式估算:
托住动滑轮的绳段才是计算理想机械优势的核心。观察每一段绳子是否对动滑轮提供向上的分力,不能只看绳子是否位于滑轮旁边。绳子位于滑轮附近但方向没有托住运动部分时,不应计入承重段。
绳端固定位置会改变承重绳段数量和绳端位移关系。绳端固定在运动部分时,固定端对动滑轮也可能提供向上的拉力;绳端固定在墙体时,绳路中的支撑段分布不同。遇到复杂图形,应沿绳子画箭头,逐段标出张力T,再对运动部分列平衡方程。
四段承重绳的位移关系说明,滑轮组没有违反功的守恒规律。重物上升一段距离时,四段承重绳都要相应缩短,因此绳端需要移动约四倍距离。重物上升0.5米,理想情况下绳端大约要拉2米;重物上升1米,绳端大约要拉4米。
理想状态下,重物获得的有用功为G×h,拉力做的功🎨为T×s。对于四段承重绳,s≈4h,T≈G/4,所以:
只经过定滑轮的绳段通常不直接增加动滑轮的承重🎵份数。定滑轮可以让人向下拉绳、改变操作姿势,但不能🔮单独把机械优势变成两倍。若题图中只有一个定滑轮,重物仍由一段绳子直接悬挂,理想拉力仍接近重力。
滑轮个数与承重绳段数量不能直接🔍画等号。两只定滑轮可能只负责改变方向,四只滑轮也可能因为绕绳方式不同而产生不同的承重段数,所以解题时应先画绳路,再数支撑重物的绳段。
当重物静止或匀速上升🎇时,竖直方向的合力接✨近零,因此可以写成:
滑轮组题目的可靠⭐解法可以⚡压缩成六个检查动作,故事中的便签只能帮助记忆,不能取代逐项验证。
故事发生在学校旧仓库。小岚和同学要把一个重约240牛的木箱吊上平台,墙角恰好挂着一套滑轮组,绳端旁边贴着一张便签:“差差差差不多。”他们没有直接用力拉,而是先检查绕绳方式、承重绳段和绳端移动方向,最后发现这张便签其实是在提醒大家:四段承重绳对应四倍左右的理想省力效果,但“差不多”意味着真实测量值不能照搬理想结果。
“一场关于‘差差差差不多’的滑轮组奇遇”中,“四🎉个差”最适合被理解为四段承重绳的视觉提示,而不是四个滑轮😎的数量。滑轮组由定滑轮和动滑轮组合而成时,定滑轮主要改变拉力方向,动滑轮负责让重物由多段绳子共同承担。
省力和费距离是一组同时出现的结果。滑轮组适合🔥把较大的瞬时拉力分散到较长的拉绳距离上,却不能让人用更少的功把重物抬❤️高。实际装置存在摩擦时,输入功还要大于有用功,因此绳端移动距离和实际拉力都不能只按理想公式机械套用。