我們都知道,生活中的簡單機械的一種——滑輪(組)的使用都是要通過“線”來進行連接的。那麼,在滑輪組的使用過程中,這種繞線的方法有什麼樣的技巧和規律呢?通過繞線,滑輪(組)上面所承受的力又是怎麼計算呢?
毫無疑問,這應該是大傢學習完滑輪(組)之後的一個很感興趣的話題,那麼,今天的這篇文章呢,我們就來漫談一下滑輪(組)的繞線。
偷偷告訴大傢:滑輪(組)的繞線很重要,是各類考試的熱點奧!!!除瞭你,我誰都不告訴。
大傢快快搬好小板凳,開始聽課瞭!
一、常見的滑輪(組)的組合方式
滑輪組的組合方式一般為單雙兩種。通常情況下,單就是指:滑輪組是由一個定滑輪和一個動滑輪組成;
雙就是指滑輪組是由兩個定滑輪和兩個動滑輪組成。
還有另外一種說法:單就是指定滑輪和動滑輪的個數之和為奇數;雙就是指定滑輪和動滑輪的個數之和為偶數。
如下圖:
二、滑輪組的繞線規律
上面給大傢展示瞭常見的滑輪組,既有示意圖,也有實物圖。而我們經常見到的滑輪組,繞線方法是多種多樣的。繩子的始端既有從定滑輪開始的,也有從動滑輪開始的;繩子的自由端(即末端)有從定滑輪伸出來的,也有從動滑輪伸出來的,如下圖所示:
那麼,滑輪組的繞線方法(以下都用繞繩方法)有什麼樣的規律呢?
首先,我們可以明確一點,不同的饒繩方法,得出來的效果不一樣。繩子的自由端是向上還是向下,我們是要更省力一點還是對用力沒有太高的要求,這些都會影響我們最終的判定。所以,不同的使用目的最後也會導致不同的饒繩方法。
因此,總體上來說,滑輪組饒繩的大原則是“奇動偶定”。那麼,什麼是“奇動偶定”呢?
在瞭解這個之前,我們先說一下滑輪組的特點:
在前面,我們已經知道,滑輪組既可以省力,也可以改變力的方向。綜合瞭定滑輪和動滑輪的優點。那麼,更進一步的問題是,滑輪組到底可以省多少力呢?
其實,在這裡有一個規律,適用於所有的滑輪組。這個規律就是:我們設在滑輪組中,繞過動滑輪的繩子股數為n,繩子自由端的力為F,重物的重力為G,繩子自由端所移動的距離為s,重物上升的高度為h。那麼,有如下兩個公式:
G=F*n
s=n*h
用文字表述就是:
在滑輪組中,繞過動滑輪有幾股繩,
則繩子自由端所使用的力就是重物重力的幾分之一;
繩子自由端移動的距離就是重物上升高度的幾倍。
那麼,我們怎麼數繞過動滑輪的繩子的股數呢?教給大傢一個方法:分割線法。具體如下圖所示:
在動滑輪和定滑輪之間畫一條虛線,一般來說,虛線上面是定滑輪,下面是動滑輪。我們隻數虛線下面繞過動滑輪的繩子數,數出來是幾條,那麼,繞過動滑輪的繩子數就是幾股。
例如,在上圖中,
從左往右數第一個滑輪組中,繞過動滑輪的繩子數為2股;
從左往右數第二個滑輪組中,繞過動滑輪的繩子數為3股;
從左往右數第三個滑輪組中,繞過動滑輪的繩子數為2股;
從左往右數第四個滑輪組中,繞過動滑輪的繩子數為2股。
該部分所介紹的基本知識適用於這樣的題型:題目中已知滑輪組的繞線方法(或者幹脆滑輪組的繞線方式已經畫出來瞭),讓我們判斷通過動滑輪有幾股繩子,最後讓我們根據以上的公式計算重物的重力或繩子自由端的拉力,或者是讓我們計算重物上升的高度或繩子自由端移動的距離。
三、滑輪組的繞線方法
在給大傢講本部分之前,還是先讓大傢看幾幅圖,如下:
如上面的兩幅圖所示,如果隻給瞭大傢滑輪組,讓大傢根據要求完成滑輪組的繞線方法,大傢應該怎麼去完成呢?
這就是組裝滑輪組的方法:奇動偶定
解析:
步驟①:動滑輪個數的確定
1、當n為偶數時,動滑輪的個數是: n/2 。
2、當n為奇數時,動滑輪的個數為: (n-1)/2 。
步驟②:定滑輪個數的確定
一動配一定,偶數減一定,變向加一定。
(1)在不改變施力的方向時,以動滑輪個數為基數,按“一動配一定,偶數減一定” 來確定定滑輪的個數。
即:一個動滑輪配一個定滑輪;
但當n為偶數時,定滑輪的個數等於“動滑輪的個數減一個”。
(2)在需要改變施力的方向時,仍以動滑輪的個數為基數,按“變向加一定”的方法確定定滑輪的個數。
即:在“一動配一定,偶數減一定”的基數上,再加上一個定滑輪。
步驟③:確定繩子的起始點
遵循的基本原則:奇動偶定。
(1)當n為奇數時,繩子的起始點從動滑輪開始,經定滑輪依次按畫螺旋線的方法繞線。
(2)當n為偶數時,繩子的起始點從定滑輪開始,經動滑輪依次按畫螺旋線的方法繞線。
步驟④:組裝滑輪組
按照以上步驟所得到的基本信息組裝滑輪組。
該部分所介紹的基本知識適用於這樣的題型:題目中已知滑輪組的重物的重力或繩子自由端的拉力,告訴瞭我們繩子自由端的朝向,讓我們通過計算得出通過動滑輪有幾股繩子,動滑輪和定滑輪所需要的個數,最後畫出滑輪組的繞線方法。
舉例說明:某物重為5100N,現有一繩最大隻能承擔1200N,站在地面把重物向上提升。請設計一個滑輪組,並畫出組裝示意圖。
【分析與解答】
(1)確定n。
根據題意,有: n=5100N/1200N=4.2
在這裡n不能四舍五入,n應為5段繩子。
(2)確定動滑輪個數。
n=5 為奇數,則動滑輪的個數為:
(n-1)/2=4/2=2
(3)確定定滑輪個數。
根據基本原則:“一動配一定,偶數減一定。”n=5為奇數,定滑輪應為2個。
但又根據題意,站在地面把重物和向上提升,需要改變施力的方向,即:“變向加一定”則應在2個的基礎上再加上1個,即定滑輪的個數這時應取3個。
(4)確定繩子的起始點。
按“奇動偶定”,確定繩子的起始點。n=5為奇數,繩子的起始點應從動滑輪的掛鉤上開始,經定滑輪依次作螺旋線纏繞。
(5)根據以上得到的信息組裝滑輪組。如下圖所示:
好瞭,關於滑輪組的繞線規律以及繞線方法就講到這裡瞭。大傢有什麼不懂的或者不會的,亦或是有什麼好的意見或建議,歡迎留言或私信。謝謝大傢。