1.9 简单机械的原理与应用
1.9.1 杠杆原理
杠杆的定义：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。
杠杆的五要素 ：
- 支点（O）：杠杆可以绕其转动的点
- 动力（F1）：使杠杆转动的力
- 阻力（F2）：阻碍杠杆转动的力
- 动力臂（l1）：从支点到动力作用线的垂直距离
- 阻力臂（l2）：从支点到阻力作用线的垂直距离
杠杆平衡条件：F1l1 = F2l2 或 F1/F2 = l2/l1
杠杆的分类：
- 省力杠杆：l1 > l2，省力但费距离（如撬棒、铡刀、开瓶器）
- 费力杠杆：l1 < l2，费力但省距离（如镊子、筷子、钓鱼竿）
- 等臂杠杆：l1 = l2，既不省力也不费力（如天平）
1.9.2 滑轮原理
定滑轮：
- 定义：轴固定不动的滑轮
- 实质：等臂杠杆
- 特点：不省力也不费力，但可以改变力的方向
- 公式：F拉 = G物，S绳 = h，V绳 = V物
动滑轮：
- 定义：轴随物体一起运动的滑轮
- 实质：动力臂为阻力臂2倍的杠杆
- 特点：可以省一半的力，但不能改变力的方向，且要费距离
- 公式：F拉 = 1/2（G物 + G动），S绳 = 2h，V绳 = 2V物
滑轮组：
- 定义：由定滑轮和动滑轮组成
- 特点：既可以省力又可以改变力的方向
- 省力关系：如果有n段绳子承担物重，则拉力F = 1/n（G物 + G动）（不计摩擦）
- 公式：F拉 = 1/n（G物 + G动），S绳 = nh，V绳 = nV物
1.9.3 机械效率
机械效率的定义：有用功与总功的比值。
相关概念：
- 有用功（W有）：为了达到目的必须做的功
- 额外功（W额）：对达到目的没有用，但又不得不做的功
- 总功（W总）：有用功与额外功的总和，即W总 = W有 + W额
机械效率公式：η = W有/W总 × 100%
机械效率的特点：
- 机械效率总是小于1（或小于100%），没有单位
- 任何机械都不可避免地要做额外功，所以机械效率总小于1
提高机械效率的方法：减小机械自重、减小摩擦、减小额外功。
典型例子：
- 用撬棒撬石头是省力杠杆
- 用筷子夹菜是费力杠杆
- 升旗时使用定滑轮改变力的方向
- 塔吊使用滑轮组既省力又能改变力的方向
- 某滑轮组提升500N重物，拉力200N，机械效率：η = 500N/(200N×3) × 100% ≈ 83.3%
如果对你有用，欢迎点赞 关注 推荐
| 关注公众号 |
| 其他人都在看 |
▌更多内容点击文末 阅读全文
公众号中的文章由浙学科学创作整理
部分图片和部分内容来源于网络或利用人工智能技术生成
未经同意，请勿转载
如有侵权请联系
© 浙学科学
