光明日报
判断承重绳段的方法是看绳段是否直接向上拉动动滑轮或被吊物。绳段只经过定滑轮、但没有连接或托住动滑轮时,通常只改变方向,不增加承💪重份数。绳端打结的位置也会影响计数:如果绳端固定在动滑轮所在的运动部分,固定端本身可能成为🚀一段向上的支撑;如果绳端固定在墙面或支架上,则要沿着每一段实际托住动滑轮的绳路逐段数。
“差差差差不多”在这里的作🔑用,是把“四段绳、四分之一拉力”联系起来。这个口诀不能代替受力分析,因为只要承重绳不是四段,或者动滑轮自身重量不能忽略,结果就会改变。
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:
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:
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。
这个结果表示输入功中约有一部分消耗在摩擦、轮轴转动和绳子变形上。若还要考虑动滑轮自⭐身重力,应把被提升的总重力写成木箱重力与动滑轮重力之和。也就是说,实际计算常用的形式是T≈(G物+G动)÷(nη),其中n是承重绳段数。
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。
“差差差差不多”并不是滑轮组的物理公式,而是一句适合记忆场景的提示语:看到四段绳子共同承担重物时,理想情况下💪可以把拉力看作重物重💡力的四分之一,实际拉力则会因为摩擦、滑轮重量和绳子弯曲而更大一些。判断滑轮组是否“差不多”,关键不是数滑轮个数,而是数动滑轮或重物被几段绳子向上托住。
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。
滑轮组绕绳错误通常不是算术问题,而是受力对象和绳端位置没有先确🎯定。小岚在仓库检查装置时,把整套滑轮组分成“固定部分”和“运动🔑部分”,再观察每段绳子对运动部分的作用方向。
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: