定滑轮和杠杆是上位还是下位，定滑轮是不是等臂杠杆

定滑轮是一种简单的机械装置。一个可以绕固定轴旋转并缠绕有绳索的轮子就形成了定滑轮。它的作用是改变力的方向。这似乎是初中物理中众所周知的知识。然而，今天，我八年级的学生向我提出了一个有趣的问题。他首先问，“滑轮”这个词是指光滑的表面，还是指平稳转动的轮子？我：废话，当然是后者了！滑轮应该是旋转轮，并且轴上涂有油脂，因此旋转非常顺畅。他又问。滑轮的唯一作用就是改变力的方向，所以旋转与否并不重要。那么如果没有轴会发生什么呢？我：那我说什么啊，如果不转的话，我该怎么拉呢？他说：“如果你在表面上油，绳子和滑轮就会足够光滑，可以拉动。”我：看来那个滑轮其实并不需要轮子，用表面光滑的东西来代替就可以了！他：是的，我就是这个意思！我：哦，原来如此！但是——我犹豫着说什么，是的！他说的似乎是对的。我想了想，说道： “好吧！”我继续说道。只要轮子的表面完全光滑，就可以用任何物体代替轮子来改变力的方向。但！你知道吗？想要变得光滑，很难啊！特别是，现实中任何轮子都可以，但是需要想出一种方法让表面变得光滑，但这会花钱吗？他有些不耐烦了。那么你说滑轮转动顺畅，轴是不是也需要光滑呢？这是一个很小的代价吗？我：哦，这个问题我先想一下。当他看到我陷入沉思时，他并没有在我身边停下来。是因为它的表面积更大，需要更多的润滑剂吗？哇，这家伙还真是拼尽了全力啊！我必须从不同的角度来对待他。于是我就问为什么定滑轮不像机器那样省力。因为它是等臂杠杆，对吗？他突然来了兴趣，说道：“这就是我今天想问你的问题。如果滑轮不转动、不移动，我就觉得它不是等臂杠杆！”他很快说道：“如果轮子的表面光滑，绳子又轻又无摩擦，那么绳子上各处的拉力就会是一样的，这样就会导致两边的拉力是一样的。”手臂你的肌肉是什么并不重要！你怎么认为？当我这么说的时候，他有些骄傲地看着我。我说：“如果它是一个简单的机器，它一定是基于某种机械原理。比如，有旋转轮子的东西就是机器。如果它不旋转，它就不是机器。它甚至都不是机器。”有杠杆臂！他很满意。他好像没做，只是示意我继续。我：杠杆是最基本的力学模型，它的力学原理是杠杆的平衡条件，而滑轮也是按照这个原理工作的。我点点头，继续说道：所以当你说的是绳子在轮子表面滑动的情况时，轮子实际上就相当于一根杆子或者其他物体，只要表面是光滑的，错了。这就是定滑轮的用途！他说：嗯，我差不多明白了。那么，定滑轮的轮子绕着一个轴旋转，这个旋转轴就是支点，也就是物理上，由于力臂等于半径，因此力臂相同，因此形成相等的力。臂杆。他停下来说，“但是我的定滑轮，如果轮子的旋转轴不是位于轮子的中心，或者如果轮子本身不是圆形的，则它不是等臂杠杆。

我：对啊！他接着说道：“但是我还有一个问题，人们常说轮子的质量不重要，那为什么呢？” 我：其实对于定滑轮来说，这个要求并不是特别必要，但是，这只对于定滑轮来说是必要的。动滑轮；如果动滑轮有质量，机械效率就会变差，并且需要额外的力来拉动它。别这样……他立即说道：住手！ “一般不必提及”是什么意思？我什么时候应该提出这个要求？ 我：是的，我可以做到。简而言之，如果轮子有质量，它们可以消散一些力，使绳索两侧的张力不相等。他说：有时？什么时候？我：如果轮子以恒定速度旋转，大多数情况下两侧的力不会有差异，即使轮子有质量。换言之，一般情况下无需提及。但随着轮子加速，即拉绳子的速度加快，轮子的质量导致两侧的拉力变得不相等。他问： “很复杂，这是什么理论？” 我：这属于刚体力学。简单来说，车轮有质量就意味着有惯性，但为了加速和旋转，需要外力，更准确地说是扭矩，所以左右的拉力是有差异的。一定是。扭矩所需的力的部分。见他不太明白，我又补充道：“根据牛顿第一定律，物体具有惯性，如果它的运动状态发生变化，就会受到外力的作用。轮子本来是匀速旋转的，但在为了使其由于绳索的摩擦而加速（与改变状态相同），我们需要为轮子添加额外的功能。他点了点头。就像直线运动时有加速度一样，旋转时也有加速度。我连忙说：“是啊是啊！”加速度有两种类型。你听到的加速度称为线性加速度，旋转加速度称为角加速度。惯性也有两种类型：质量和转动惯量、平移惯量和转动惯量。有两种类型的效应，众所周知的一种称为力，另一种称为扭矩。听到这话，他失声痛哭起来。力导致加速度，扭矩导致角速度，对吗？我竖起大拇指：对啊！完全正确！牛顿第二定律指出，加速度与质量的乘积等于净外力；同样，角加速度与转动惯量的乘积等于净外力矩。我进一步补充道。当然，在不加速旋转的情况下，不需要扭矩来维持车轮的加速旋转，因此此时两侧的拉力相等。他又显得若有所思：我想回到我之前的问题——：为什么滑轮上的“滑动”指的是轴上的“滑动”？这是因为滑轮被定义为具有强力臂的机器。这似乎只是一个理论上的规则。正确的？我：是的，但这不完全是理论上的规则。他继续：问题是，在实际应用中，滑轮表面光滑不就好了吗？它的作用和——一样，就是改变力的方向。那么为什么所谓的具有光滑表面的滑轮不那么受欢迎呢？ Laughed：好吧，当我现在和你说话的时候，我就想到了这个问题的答案！他有些惊讶，说道：“哦，真的！”太神奇了，我想知道！我：首先，轮子表面润滑一定很困难，因为绳子被来回拉动，所以很脏，油也被去除了。正如您之前提到的，它可能会花费很多润滑剂。油！轴的润滑非常容易，少量的油就能持续很长时间。他笑道：不是因为这个吗？我微笑着说： “不不不，这只是客观原因之一。”还有更严重的身体原因。但也许你目前的数学知识还不足以完全理解。

他：没关系，有什么事情告诉我我就明白了。我说。当绳子紧紧地缠绕在物体表面时，会产生很大的摩擦力。看下面的照片，人们用轻的力来防止重物掉落，但其原因是摩擦力很大。继续：这条规则被广泛滥用。例如，当晾晒蒲团时，人们**惯于将绳子多次缠绕在柱子上。又如，当船夫靠岸时，他会用绳子在桩子上缠绕几圈，以稳定船。他：确实如此，但是这涉及到什么样的理论呢？我说：仔细的力学分析表明，当绳索绕物体表面运行时受到拉力时，绳索和物体之间的最大静摩擦力与绳索旋转的角度呈指数关系。这就是欧拉摩擦力。具体来说，力的公式如下（我把公式写在纸上）：见他有些困惑，我解释道：这是绳子一端的拉力，这是摩擦系数，这是最大静摩擦力。他点了点头。那么如果旁路角度很大，摩擦力就会很大，根本无法拉动另一端，对吗？我拍手：是啊！这意味着当系统处于临界状态时，两端之间的张力差等于最大静摩擦力。由于最大静摩擦力很大，因此拉绳子的反作用力很大。如果轮子无法转动，您可能根本无法拉动绳子。他：哦！这意味着依靠在轮子上滑动的绳索是不切实际的。这意味着定滑轮必须旋转并移动！我竖起大拇指：对啊！你真聪明！他笑道：不，要真正理解你需要学**我刚才讲的概念和规律！结束

来源：Myori Monogami 原标题：二年级物理生：为什么定滑轮是等臂杠杆？编辑：那条鱼不是我

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