什么是滑轮?
滑轮是古代设计的简单机械,但仍然是许多现代机械的基础。它本质上是一个轮子,绳子或其他绳索通过该轮子缠绕。绳索的一端通常固定在重物或其他负载上,当自由端被拉动时——通常由人拉动,但也可能由机器拉动——轮子会改变施加力的方向并使其更容易举起附加的重量。这种类型的工具有许多不同的尺寸和特定的品种,但在几乎所有情况下,目标都是相同的,即更容易举起重物并更有效地引导能量。
基本组件
工程师通常在六种不同类别中谈论“简单机器”:斜面、杠杆、螺钉、楔子、轮轴和滑轮。所有这些都是由基本的日常组件组成的,并且都以一种或另一种方式使人类的工作变得更简单。滑轮通常最关心提升和移动大型物体。
在其最基本的形式中,该工具仅由一个带凹槽的轮子组成。绳索、皮带或电缆在凹槽内运行。该机构可以单独使用,也可以与滑轮系统中的其他机构连接使用。系统中的滑轮数量越多,提起物体所需的力就越小。
系统类型
系统有三种基本类型:(1)固定式,带固定轴; (2) 可移动,带自由轴; (3) 复合式,结合了固定轴和可动轴 可动轴和复合轴,通过倍增力,往往比固定系统更有效。
轮绳工具也可以与其他工具结合使用以达到更具体的目的。所谓的“皮带轮系统”就是一个例子。这些往往是“封闭”系统,其中几个带槽的轮子通过一个圆形连接带连接,并且设计用于传输和放大能量而不是直接提升功率。
提升优势
这种机器的最大好处之一是能够在不施加太大力的情况下移动重物和引导提升能量。一般来说,物体越重,人移动它所需的力就越大。根据物体的重量,将能量沿着绳索引导并围绕一个轮子——或一系列轮子——可以使整体发挥,即俗称的“举重优势”,更有效率。
例如,一个人通常需要施加大约 10 磅(4.5 公斤)的力来举起一个 10 磅(4.5 公斤)的重物,并且在大多数情况下,该力需要以直线向上的动作施加。如果重物附在滑轮上,人仍然需要施加相同量的力,但方向 它需要在变化中发挥作用。一旦连接到绳索系统,该人必须向下拉 而不是提升 .这可以更有效地利用个人的体重和体力。
给定系统中的轮子越多,它的效率可能就越高。例如,如果重物连接到两个系统,则该人只需要施加 5 磅(2.26 千克)的力。四个将需要 2.5(1.13 公斤)磅的力,依此类推。
常见示例
这些工具可以在许多现代环境中找到。电梯可能是最常见的一种:虽然它们在外面看不到,但旋转轮和电缆的大型系统帮助汽车上下移动。在大多数情况下,这些都是由计算机控制的,通过机械方式而不是人力来提升,但效率是一样的。许多汽车发动机还依靠皮带系统来帮助将能量从发动机传递到轮轴和其他运动部件。帆船经常使用它们来控制帆的张力,它们在起重机和其他机械中也很常见。
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