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滑輪組如何判斷繩子受力

教育 更新时间:2024-09-10 10:33:21

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)1

​ 初中我們就做慣了這樣的題——滑輪組省力不省功。滑輪組早已成為建築工地中常見的簡易提重物裝置,使用方便,安裝快捷(注:定滑輪不省力,隻能用于改變力的方向而已,比如:提重物應該向上用力,但是使用定滑輪後我們就可以向下使勁,将重物提起。由于重力的存在,我們人類更習慣向下使勁,這樣可以更好的利用自己的重力)。

那麼,上圖中四個滑輪組,哪個裝置更加省力呢?

這個問題其實也好解決!

我們隻要觀察下面的“動滑輪”由幾條繩子提着就可以!如圖:

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)2

很顯然是C,C中的F3大小等于重物重力的三分之一,B、D中的繩子拉力都等于重物重力的一半。D中繩子最後一圈繞過了定滑輪,隻是改變了一下拉力的方向,并不能改變拉力的大小。

高中當然沒有這麼簡單,要在其基礎上擴展一下了!

(如下圖1)

①豎直方向的動滑輪,兩側繩子平行豎直向上吊起重物,拉力為物重的一半(水平方向此關系仍正确)

②繩子自由端的端點移動位移、速度、加速度均為動滑輪的2倍!(水平方向此關系仍正确)(參考後面的例題1)

③滑輪受到該繩子的拉力的合力為繩子自身内部張力的2倍(繩子的内部張力等于繩子施加給物體的拉力)。

若兩側繩子不平行,則以上三條結論均與角度有關。

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)3

圖1中,動滑輪受到彎曲繩子的拉力的合力均等于2F。左圖F等于重物重力的一半;右圖F等于重物所受摩擦力的一半。

另外,繩子自由端A點,移動的位移始終等于滑輪位移的兩倍(無論滑輪做勻速還是加速運動,這是一個幾何關系)(如下圖2)

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)4

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)5

則A點的瞬時速度,始終是滑輪瞬時速度的2倍;

  則A點的加速度,始終是滑輪加速度的2倍(如圖3,瞬時速度始終是兩倍關系,則斜率也是兩倍關系)

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)6

例1:(2016海南)如上圖:水平地面上有質量分别為m和4m的物體A和B,兩者與地面的動摩擦因數均為μ。細繩的一端固定,另一端跨過輕質動滑輪與A相連,動滑輪與B相連,如圖所示。初始時,繩出于水平拉直狀态。若物塊A在水平向右的恒力F作用下向右移動了距離s,重力加速度大小為g。求

(1)物塊B克服摩擦力所做的功;

(2)物塊A、B的加速度大小。

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)7

其中的(1)式體現了位移關系,(6)式體現了加速度的關系!

如果動滑輪兩側的繩子不平行呢?如下圖

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)8

滑輪受到的力為繩子夾角所圍成的菱形的“角平分線”。即:F=2Tcosθ/2,與θ角有關!

再如下面,有時也會将滑輪受到的兩側繩子的拉力分解。

例2:

在傾角α=37°的斜面上,一條質量不計的皮帶一端固定在斜面上端,另一端繞過一質量m=3 kg、中間有一圈凹槽的圓柱體,并用與斜面夾角β=37°的力F拉住,使整個裝置處于靜止狀态,如圖所示.不計一切摩擦,求拉力F和斜面對圓柱體的彈力FN的大小.(g=10 m/s2 ,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)9

分析如下:

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)10

此題中兩個繩子不平行,将其中一個F分解後,沿斜面和平行斜面可列上面的方程,從而的解!

滑輪組如何判斷繩子受力(繩子與動滑輪結合)11

同學們,你們現在知道動滑輪和繩子為什麼要在一起了嗎?

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