簡單機械

02輪軸與滑輪如何便利生活

 

1.輪軸

    除了槓桿裝置,生活中也有透過轉動方式來傳送動力的裝置,例如門把、水龍頭、螺絲起子等。

要如何將螺絲釘鎖在木箱上呢?

我用手直接轉螺絲釘,但很難將螺絲釘鎖緊固定。

我用螺絲起子轉螺絲釘,可以輕鬆將螺絲釘鎖緊固定,這是為什麼呢?

    螺絲起子是由兩個半徑不同、固定在同一軸心的圓柱組成,轉動其中一個圓柱時,另一個也會跟著同步轉動,像這樣的裝置稱為輪軸。半徑較大的圓柱稱為「輪」,半徑較小的圓柱稱為「軸」。使用輪軸工具時,施力在輪或軸上,施力大小有什麼不同?

施力在輪或軸上與施力大小的關係

1. 分別測量輪與軸的半徑,並在輪和軸上纏繞棉線。

2. 先將物體掛在彈簧秤下測量重量,並記錄下來。

3. 將物體掛在軸的棉線上,彈簧秤掛在輪的棉線上,將彈簧秤往上拉動,當裝置靜止時,讀取並記錄施力的大小。

4. 改將物體掛在輪的棉線上,彈簧秤掛在軸的棉線上,將彈簧秤往上拉動,當裝置靜止時,讀取並記錄施力的大小。

    使用輪軸工作時,輪與軸會一起轉動,當輪轉動一圈,軸就會轉動一圈。

    輪軸也是槓桿原理的應用,如果把軸心當支點,施力在輪上,輪半徑就是施力臂,軸半徑就是抗力臂。

施力在輪上—以輪帶軸施力在輪上時,輪半徑就是施力臂, 軸半徑就是抗力臂。施力臂長度大於抗力臂長度,使用時,施力小於抗力(省力)。

施力在軸上—以軸帶輪

施力在軸上時,軸半徑就是施力臂,輪半徑就是抗力臂。施力臂長度小於抗力臂長度,使用時,施力大於抗力(費力)。

    輪軸是槓桿原理的應用,有些物品使用時可以省力,有些雖然不能省力,但可以達到方便使用的效果。

 

2.滑輪

    滑輪是由有凹槽的圓輪和繩子所組成的,將繩子纏繞於凹槽,利用手拉動繩子其中一端,會使圓輪旋轉。生活中,可以利用滑輪裝置將物體抬升到高處,例如升旗。觀察滑輪裝置如何傳送動力?

利用滑輪裝置,將旗子升上旗杆的頂部。

    滑輪安裝在固定位置,不會隨物品移動,稱為定滑輪。滑輪的位置沒有固定,會和物體一起移動,稱為動滑輪。

定滑輪裝置中,滑輪的位置是固定不動的。

動滑輪裝置中,滑輪會隨著物品移動位置。

    使用定滑輪或動滑輪拉起物體時,施力方向和施力的大小有什麼不同?

    雖然滑輪看起來是輪子,但滑輪和槓桿原理有關,在定滑輪與動滑輪上都可以找到支點、施力點和抗力點。

定滑輪

使用定滑輪時,支點在滑輪的中心點,施力點和抗力點分別在滑輪的兩端。施力臂長度等於抗力臂長度,因此不省力也不費力,且施力方向與物體移動方向相反。

動滑輪

使用動滑輪時,抗力點在滑輪的中心點,支點和施力點分別在滑輪的兩端。施力臂長度大於抗力臂長度,因此可以省力,且施力方向與物體移動方向相同。

    使用定滑輪時,物體移動方向與施力方向相反;使用動滑輪時可以省力。生活中如果將定滑輪和動滑輪組合起來,兼具省力和方便使用的功能。

有些晒衣架使用定滑輪和動滑輪組合

起重機使用定滑輪與動滑輪來吊起物體

 

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