滑轮的省力原理，简单却不简单的机械知识

如下图所示，它是一个等臂杠杆。如果在它的上面和下面加上一个半圆板，并在支点处安装一个轴，使其能够转动，这就是滑轮。

滑轮杠杆型号

因此，滑轮的本质是一个可以转动的杠杆。杠杆的相同平衡条件也适用于滑轮。

滑轮有三种类型： 定滑轮：在旋转过程中，其轴是固定的，或者其位置不改变。动滑轮：在旋转过程中，其轴可以随物体移动，即轴的位置不断变化。滑轮组：两个或多个滑轮的组合。

定滑轮的特点：如图所示，根据杠杆原理分析：排除摩擦力，F1l1=F2l2，因为L1=L2，所以，F1=F2。定滑轮的本质是等臂杠杆。使用定滑轮不能省力，但可以改变功率。方向。

定滑轮杆模型

动滑轮的特点：如下图，不考虑动滑轮的重量和摩擦力，根据杠杆原理分析：F1l1=F2l2，因为L1=2L2，所以动滑轮的本质：动力臂是一个是阻力臂两倍的省力杠杆。使用动滑轮可以节省一半的力，但不能改变力的方向。动滑轮的支点发生变化。如果只忽略轮轴之间的摩擦力，则拉力F=（G物体+G运动）/2。

动滑轮杆模型

滑轮组的特点：使用滑轮组可以省力，有时还可以改变动力的方向。不考虑轴间摩擦力和动滑轮重力，拉力F=G/n。如果仅忽略轮轴之间的摩擦力，则拉力F=（G物体+G运动）/n。

滑轮组由若干个定滑轮和动滑轮组成，可以节省劳动力并改变力的作用方向。在使用过程中，节省的力气决定了如何缠绕绳子。

代表性滑轮组

原理是：当n为奇数时，绳索驱动滑轮启动。使用动滑轮时，需承受三段绳，然后每增加一个动滑轮就增加两段绳。例如：n=5，则需要两个动滑轮（3+2）。当n为偶数时，绳索从定滑轮开始。此时，所有动滑轮仅由两段绳索支撑。例如：n=4，则需要两个动滑轮（2+2）。

根据需要确定定滑轮的数量。其原理是：一般：两股绳子配一个动滑轮，一个动滑轮通常配一个定滑轮。当不需要改变力的方向时，可在偶数绳段上加定滑轮；要改变力的方向，需要加定滑轮。

滑轮组的设计原理可以概括为：奇数运动、偶数运动固定；一个动作固定，偶数减少一定量，方向变化增加一定量。

首先我们可以利用杠杆原理来分析动滑轮的省力原理。

如果是理想的动滑轮，无论动滑轮的重量和摩擦力如何，根据杠杆原理分析，动力臂是阻力臂的两倍。使用动滑轮可以省一半力。对于动滑轮，动力移动的距离大于重量移动的距离。

其次，从静平衡的角度分析动滑轮的省力原理。

不考虑摩擦力，当动滑轮垂直方向静止或匀速直线运动时，动滑轮受到四个静力的平衡，即动滑轮的自重（G运动）、拉力动滑轮上的重量（等于物体G的重量）和两个静力。绳索对动滑轮的拉力F。由于不考虑摩擦力，两根绳子对动滑轮的拉力F相等，因此有平衡方程：2 F=G物体+G动，推力F=（G物体+G动） /2。

G的运动相对于物体G来说很小，因此F比G小，即移动滑轮省力。

第三，从机械工作原理的角度讨论了动滑轮的省力原理。

机械工作原理：使用任何机械都无法节省电力。有几种情况可以理解其含义：

1. 当你完成某件事时，无论你使用哪种方法，完成的工作都是一个固定值。省力必然节省距离；省力必然会缩短距离。

2、忽略摩擦力和机械自重：人力F举起物体所做的功等于机械举升F所做的功。

3、不考虑摩擦力和机械自重：功率F所做的功等于阻力所做的功。

4、如果考虑机器的摩擦和自重G运动（实际机械）：功率F所做的功等于机器克服所有阻力所做的功。

5、如果考虑机器（即实际机器）的摩擦力和自重G运动：使用机器不但不能省功，还得做更多额外的功。

因此，对于理想机械，W=FS=Gh。由于S=2h，因此F=G/2。这就是动滑轮省一半力的原理。

如果忽略摩擦力，仅考虑机器自重，则FS=Gh + G 运动h。由于S=2h，F=(G 物体+ G 运动)/2。 G运动相对于G物体来说很小，动滑轮还是省力的。

如果考虑机器的摩擦和自重G运动（实际机械）：动力所做的功等于机器克服所有阻力所做的功。此时，eta=Gh/FS，由于S=2h，所以，F=G/2eta，eta为机械效率，始终小于1，即动滑轮仍省力。

特别提醒：并不是所有的动滑轮都能省力。下图中，右边的动滑轮很费力。

滑轮是一种变形杠杆，是一种简单的杠杆机械，用途广泛。在我国，早在战国时期的著作《墨经》中就有关于滑轮的记载。滑轮组广泛应用于起重机、葫芦、升降机等机械上。工厂常用的差速滑轮（俗称手拉葫芦）也是滑轮组。