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滑轮与机械增益

理想滑轮通过增加拉绳距离来减小所需的力。获得力的增益,并不意味着获得能量的增益。

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滑轮与机械增益实验场景 →

意义与机制

多段绳索支撑动滑轮时,各段绳索的拉力共同承担物体的重量。理想情况下,同一根绳中各处的张力近似相同。

承重绳段越多,将物体提升相同高度时,就有越多绳段需要同时缩短。因此,用手拉动绳索的总距离会增大。

关系与条件

当模型有 n 个或更多垂直支撑,且 F=mg/n 且 h=s/n 时,力 Fs 所做的功等于物体 mgh 的势能增加。

在实际的滑轮系统中,滑轮内存在摩擦,并且绳索和滑轮本身的质量需要更大的输入力。重要的是,要区分所使用的简单滑轮的数量,以及所支撑绳索的实际长度。

观察实验中需要注意的事物

当所需的拉伸距离增加时,力下降。

绳索和滑轮的质量、摩擦以及伸缩均被忽略。 绳索的拉力被调整,以解释位移的比例关系。 不进行实际的负载测试。

关键关系与符号

F = mg/n · h = s/n · Fs = mgh

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
n绳索段的数量,支撑负载个
s, h绳索长度拉伸和提升高度m

工作实例

理想滑轮中,什么得以保留?

输入工作等于势能 · 当所需的拉力距离增加时,力下降与线数成比例。

常见误解

  • 增加滑轮数量,并不意味着每次都会获得相同比例的力的增益。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 物理学:大学教材,第一卷 (英文版)