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粗略呆板

简单机械

  

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  A点即为杆秤的“定盘星”。在秤钩上加物W后,将秤砣从A点移到A 方法,一为“标积”;一为“矢积”。两矢量的“标积”为一标量,其大小(к)为两矢量的大小和两矢量夹角的余弦的乘积,用公式表示为 很小的力,就能将重物举起。螺旋因摩擦力的缘故,效率很低。即使如此,其力比G/F仍很高,距离比由2πL/h确定。螺旋的用途一般可分紧固、传力及传动三类。 力G相对应的刻度A的位置。杆秤是我国劳动人民所发明并使用已久的测量工具,旧秤以斤,两为单位计量,现代则以以千克计量。 是描述物体状态改变过程的物理量,能量变化的量度。功的概念来源于日常生活中的“工作”一词。在物理学中,它有特殊的含义。当物体在恒力F的作用下,力的作用点的位移是S时,这个功就等于力跟距离的乘积。对初中学生来说,只要明确“在力的作用下,物体沿力的方向通过了一段距离,那么这个力就对物体做了功”,这是指物体在恒力作用下,沿力的方向作单向直线运动的情况,所以对功的计算可用公式W=FS。当物体在恒力作用下,作非单向直线运动,如竖直上抛运动平抛运动斜抛运动等等,物体受力方向和运动方向不一定是一致时,对功的理解应加深为“力对物体所做的功,等于力的大小、力的作用点的位移大小,力和位移间夹角的余弦三者之乘积”即W=FScosα。式中W表示外力F对物体所做的功,S表示物体移动的路程,α表示F与S之间的夹角。根据公式研究力对物体做功的一些情况: 对杠杆的分类一般是两种方法。第一种是以支点、阻力点和动力点所处的位置来分的;另一种是按省力或费力来区分的。无论怎样来划分,总离不开省力、费力、等臂这几种情况。 是固定在同一根轴上的两个半径不同的轮子构成的杠杆类简单机械。半径较大者是轮,半径较小的是轴。从形式上看是圆盘,但从实质上看起来只有它们的直径或半径起力学作用。用R表示轮半径,也就是动力臂;r表示轴半径,也就是阻力臂;O表示支点。当轮轴在作匀速转动时,动力×轮半径=阻力×轴半径,所以轮和轴的半径相差越大则越省力。上式动力用F表示,阻力用W表示,则可写成FR=Wr。 且为匀速运动时,则所需之F力的大小仍和上面一样。因此,在提升重物时才能省力。其传动比乃为F∶W=1∶2n。注意,在使用滑轮组时,不能省功,只能省力,但省力是以多耗距离(即行程)为前题的。 简单机械,是最基本的机械,是机械的重要组成部分。简单机械是人运用力的基本机械元件。在人类最早期的伟大发明发现中,对工具、火与语言的掌握,使得人类最终从一般动物中脱离出来。而简单机械,则是人在改造自然中运用机械工具的智慧结晶,是牛顿力学(向量力学)研究的重要对象。 1.解答杠杆问题时,必须根据题意画出示意图,在图上标出杠杆的支点、动力作用线和阻力作用线。同时用线段标明动力臂阻力臂的大小,再根据杠杆平衡条件,列出方程,进行计算。 第三类杠杆:是支点和有用阻力点分别在动力点的两边,这类杠杆的动力臂小于阻力臂,其机械利益总是小于1,所以总是费力的。例如,缝纫机的脚踏板、夹食品的竹夹子都属于这类杠杆。 两个相互咬合的齿轮,在它们处于平衡状态时,不省力,因为齿轮的实质是两个等臂杠杆,所以咬合的齿轮不省力,只省圈数。 当作用力方向与力的作用点位移方向夹角大于90°且小于或等于180°时,这时cosα0,根据公式功为负。力对物体作负功-A就代表受力作用的物体克服阻力作了正功A。这两种说法描述的是同一物理过程。例如,空气压缩机中空气对活塞作负功,也可以说成是活塞克服空气的压力作正功。又如,汽车紧急制动,车轮停止转动,轮胎在地面上滑动,这时摩擦力对汽车作负功,反过来也可以说汽车克服摩擦力作正功。 倾角。如摩擦力很小,则可达到很高的效率。用F表示力,L表示斜面长,h表示斜面高,物重为G。不计无用阻力时,根据功的原理。得 日常生活中常见的辘轳、绞盘、石磨、汽车的驾驶盘、手摇卷扬机等都是轮轴类机械。 FL=Gh。实验证明,沿着光滑斜面向上拉重物所需要的拉力F小于重物的所受的重力G,即利用斜面可以省力,当斜面高度一定时,长度L不同的斜面所需的拉力也不同:L越长,F越小,越省力 计算变力做功是把运动的轨迹分成许许多多无限小的小段,在每个小段内,可以把力看作为恒力,按恒力做功的定义来计算在各个小段内所做的功,最后把各个小段的功加起来,就是变力做的功,即A=ΣFi·ΔSi,如果力和位移都是连续的,则可用积分法计算, 即链式升降机,是一种用于起重的滑轮组。上面是由两个直径不同装在同一个轴上的圆盘A、B组成的定滑轮。下面是一个动滑轮,用铁索与上面的定滑轮联结起来而成滑轮组。若大轮A的半径是R,小轮B的半径是r,如图所示。当动力F拉链条使大轮转一周,动力F拉链条向下移动了2πR,大轮卷起链条2πR,此时小轮也转动一周,并放下链条长2πr于是动滑轮和重物W上升的高度为2π(R-r)。 4.当180°α90°时,-1cosα0,则W0,即W为负值。在这种情况下F对物体做负功,也可说成物体克服阻力F做功; 即利用轮轴可以省力。若将重物挂在轮上则变成费力的轮轴,但它可省距离。轮轴的原理也可用机械功的原理来分析。轮轴每转一周,动力功等于F×2πR,阻力功等于W×2πr。在不计无用阻力时,机械的 不同类型杠杆各具有不同的特点和用途。掌握了杠杆原理,就可根据需要有意识地选用不同类型的杠杆来使用。应明确:省力杠杆省力但要多移动距离,费力杠杆费力但省距离,等臂杠杆不省力也不省距离,又省力又省距离的杠杆是没有的。有的杠杆是否省力或省距离,不是永恒不变的。根据使用情况的不同,会由省力变为省距离。例如,用铁锹铲土,往车上装土的过程都会有所改变。铲土时支点在动力点及阻力点之间,在装土时动力点在支点与阻力点之间。为此,在使用杠杆时应注意几点: 凡能够改变力的大小和方向的装置,统称“机械”。利用机械既可减轻体力劳动,又能提高工作效率。机械的种类繁多,而且比较复杂。根据伽利略的提示,人们曾尝试将一切机械都分解为几种简单机械,实际上这是很困难的,通常是把以下几种机械作为基础来研究。例如,杠杆滑轮轮轴、齿轮、斜面、螺旋、劈等。前四种简单机械是杠杆的变形,所以称为“杠杆类简单机械”。后三种是斜面的变形,故称为“斜面类简单机械”。不论使用哪一类简单机械都必须遵循机械的一般规律——功的原理。 功率的常用单位是瓦特(焦耳/秒),简称瓦,单位符号W。瓦特这个单位较小,技术上常用千瓦做功率的单位。过去还有尔格/秒、牛顿·米/秒、千克力·米/秒。 间t内的平均功率。当物体受恒力作用时也可表示为P=F 。式中 表示某段时间的平均速度。平均功率随所取的时间不同而不同,因此在谈到平均功率时,一定要指出是哪一段时间内的平均功率。参阅功率条。 第三类杠杆:不省力也不费力的杠杆,即动力臂等于阻力臂。其机械利益等于1。如天平、定滑轮等。 大小相等、方向相反,但作用线不在同一直线上的两个力叫作“力偶”。用双手攻螺纹或用手旋钥匙、水龙头时,所施加的作用常是力偶。它能使物体发生转动,或改变其转动状态。汽车驾驶员双手转动转向盘时所施加的一对力就是一个力偶。力偶的转动效果决定于力偶矩的大小。力偶矩等于其中任何一个力的大小和两力作用线之间的垂直距离(力偶臂)的乘积。如图1-24所示。如果作用力F的方向跟AB垂直,AB的长度等于d,那么这个力偶的力偶矩(M)为: 机械效率1时,省力费时,例如,独轮车、钳子、起子、省力的杠杆等都是省力的机械。机械效率=1时,不省力,也不费力。例如物理天枰。机械效率1时,也可能费力省时,例如竹夹、火钳等。机械利益是由实际测得的有用阻力和动力的大小所决定。由于机械润滑情况的不同,在克服同样的有用阻力时,亦有所不同。机械润滑得不好,无用阻力大,需要动力也大,机械效率就小些;机械润滑得好,无用阻力小,需要的动力也小,机械效率就大些。新生产出的机器需要磨合,汽车出厂要用上一段时间,目的是使其摩擦阻力减小。但机器陈旧,机件磨损,又会增加阻力。 表示机械省力程度的物理量。机械虽然绝对不能省功,但可以省力。使机械作功的力称为“动力”(F),阻碍机械作功的力称为“阻力”(P)。使用机械的目的,在于使用很小的动力而与阻力平衡。所谓机械效率(A),就是机械的有用阻力(P)跟动力(F)的比值。 转动是常见的一种运动。当物体转动时,它的各点都做圆周运动,这些圆周的中心在同一直线上,这条直线叫做“转动轴”。门、窗、砂轮、电动机的转子等都有固定转轴,只能发生转动,而不能平动。几个力作用在物体上,它们对物体的转动作用决定于它们的力矩的代数和。若力矩的代数和等于零,物体将用原来的角速度做匀速转动或保持静止。 前边所分析的定滑轮、动滑轮以及滑轮组,都是在不计滑轮重力,滑轮与轴之间的摩擦阻力的情况下得出的结论。但在使用时,实际存在轮重和摩擦阻力,所以实际用的力要大些。 不省力也不费力。例如,剪金属片用的剪刀,刀口很短,它的机械利益远大于1 。这是因为金属板很硬,刀口短,刀把长,即动力臂大于阻力臂,可以少用力。属于这种情况的杠杆还有克丝钳等。家庭裁衣剪布用的剪刀,把与刃基本是等长的,即动力臂等于阻力臂,属于不省力也不费力的类型。因为布的厚度较薄,不需太大的力,剪布要直故刀口要长些,为此用力不大,布剪的也直。属于这种类型的还有物理天平。又如理发用的剪刀,刀口很长,即动力臂小于阻力臂,它的机械利益小于1。这是因为剪发本来不需要多大的力,刀口长一些,能够剪得快一些和齐一些。 亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力(动力和阻力)的大小跟它们的力臂成反比。动力×动力臂阻力阻力臂,用代数式表示为 率,只能表示机器在一段时间t内的平均功率。而由公式P=Fv计算出来的功率就有了不同的含义。若速度v代表平均速度,那么P代表平均功率,如果v代表即时速度,那么P就代表机器在某瞬时的即时功率。 声明:百科词条人人可编辑,词条创建和修改均免费,绝不存在官方及代理商付费代编,请勿上当受骗。详情 它是测量物体质量的量度工具,是以提纽为转动轴,根据杠杆平衡原理制造的。杆秤主要由秤杆、秤砣、秤钩(或秤盘)等构成。如图1-23所示。G表示杆秤的重力,B点是它的重点,未挂重物时若将 式中Fd为力偶矩的大小,符号用来表示力偶的转向。规定力偶逆时针转向取“+”,反之取“-”(也可规定,力偶顺时针转向取“+”,那么力偶逆时针转向就取“-”)。应注意:力偶中力的方向不跟AB垂直时,应像力矩那样分解成垂直分量,再进行计算。力偶的转矩(即力偶矩)和所绕着转动的点无关。由于力偶合力为零,它不能使物体产生位移,只能使物体发生转动或改变物体的转动状态。 5.当α=180°时,则W=-FS,这时力F对物体做负功,或者说成物体克服阻力F做功。 滑轮的轴和重物一起移动的滑轮。它实质上是一个动力臂二倍于阻力臂的杠杆。根据杠杆平衡的原理Wr=F·2r,它的机械利 由于2R大于(R-r),差动滑轮的机械利益大于1,若提高机械利益,可加大两轮的半径同时缩小两轮间的半径差。这种机械,亦称“神仙葫芦”,有手动,也有用电来驱动的。链条是闭合的,为防止滑轮和链条间的滑动,滑轮上有齿牙与链条配合运动。 属于斜面一类的简单机械。例如螺旋千斤顶可将重物顶起,它是省力的机械。千斤顶是由一个阳螺旋杆在阴螺旋管里转动上升而将重物顶起。根据功的原理,在动力F作用下将螺杆旋转一周,F对螺旋做的功为F2πL。螺旋转一周,重物被举高一个螺距(即两螺纹间竖直距离),螺旋对重物做的功是Gh。依据功的原理得 (4)用虚线表示力的作用线.杠杆的平衡条件,适用于任意一个平衡位置上,所谓杠杆的平衡是指杠杆静止不转动或匀速转动。 (1)画出杠杆:用粗直线表示直杠杆,用变曲的粗线)在杠杆转动时找出支点,并在支点旁用箭头表示杠杆转动的方向。 第二类杠杆:是费力的杠杆,即动力臂小于阻力臂。如镊子、钓鱼杆、理发用的剪刀。 (3)根据转动方向判断动力、阻力的方向。动力、阻力的作用点应画在杠杆上,可用力的示意图表示。 2.力臂是一个重要的概念。力臂是从支点到力的作用线的垂直距离,不要理解为力臂是从支点到力的作用点的长度。动力和阻力都是指作用在同一杠杆上的力,而不是作用在重物或其他物体上的力。 亦称“机械功的原理”。即动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功。也就是说利用任何机械都不能省功。动力功W动,又称输入功或总功阻力功W阻,包括克服有用阻力所做的W有用(又称输出功)和克服无用阻力所做的W无用(又称损失功),即W动=W阻=W有用+W无用。也可写成W输入=W输出+W损失。功的原理是机械的基本原理。要省力就要多移动距离,要少移动距离就要多用力,使用任何机械都不能省功。在机械做功过程中,只有在不存在无用阻力,机械本身作匀速运动的理想情况下,有用功才等于总功,效率为100%。事实上,必然存在无用阻力,效率一定小于100%,也就是说使用任何机械,在实际情况下总是费功的。应明确,只有在理想情况下,有用功才等于总功。 用刚性材料制成的形状是直的或弯曲的杆,在外力作用下能绕固定点或一定的轴线转动的一种简单机械。其上有支点(用O表示),动力(F)作用点,阻力(W)作用点,杠杆的固定转轴就是通常所说的“支点”,从转轴到动力作用线的垂直距离叫“动力臂”,从转轴到阻力作用线的垂直距离叫“阻力臂”。上述就是通常所讲的三点两臂。由于杠杆上三点的位置不同,即产生不同的受力效果。 物体运动即时速度的乘积。作平均速度时,P当然代表平均功率,如果作即时速度,那么P就代表机械在某瞬时的即时功率。当作匀速运动时,即时功率和平均功率相同 任何机械,不论是简单的还是复杂的,在工作时,总要受到两种力的作用:一种是推动机械的力叫作“动力”动力是使杠杆转动的力。另一种是阻碍机械运动的力叫作“阻力”,阻力是阻碍杠杆转动的力。动力可以是人力,也可以是畜力、风力、电力、水力、蒸汽压力等,阻力除了我们要克服的有用阻力之外,还有一些是不可避免的无用阻力。 亦称“尖劈”,俗称“楔子”。它是简单机械之一,其截面是一个三角形(等腰三角形或直角三角形)。三角形的底称作劈背,其他两边叫劈刃。施力F于劈背,则作用于被劈物体上的力由劈刃分解为两部分,P是加在劈上的阻力,如果忽略劈和物体之间的摩擦力,利用力的分解法,知P与劈的斜面垂直,P的作用可分成两个分力:一个是与劈的运动方向垂直,它的大小等于P·cosα,对运动并无影响;另一个是与劈的运动方向相反的,它的大小等于P·sinα,对运动起阻碍作用。所以,当F=2P·sinα时劈才能前进,因而P与F大小之比等于劈面的长度和劈背的厚度之比,因此劈背愈薄,劈面愈长,就愈省力。劈的用途很多,可用来做切削工具,如刀、斧、刨、凿、铲等;可用它紧固物体,如鞋楦榫头,斧柄等加楔子使之涨紧;还可用来起重,如修房时换柱起梁等。 作用力的方向和力的作用点的位移方向之夹角小于90°且大于或等于0°时(即α为锐角),根据公式作用力A做正功。当力F与位移S夹角α=0°时,W=FScos0°=FS,F做最大正功;0°α 滑轮是属于杠杆变形的一种简单机械,是可以绕中心轴转动的,周围有槽的轮子。使用时,根据需要选择。滑轮可分为定滑轮动滑轮滑轮组差动滑轮等。有的省力,有的可以改变作用力的方向,但是都不能省功。 功跟完成这些功所用时间的比值叫做“功率”。最初定义功率为“单位时间里完成的功”,它是指做功快慢不变的情况,初中学生易于掌握。“功跟完成这些功所用时间的比值”这一定义功率,对于做功快慢不变的情况,既表示平均功率,又表示即时功率。对于做功快慢不均匀的情况,如时间取得长些,则为平均功率;时间趋于零,这一 第二类杠杆:是支点和动力点分别在有用阻力点的两边。这类杠杆的动力臂大于阻力臂,其机械利益总是大于1,所以总是省力的。例如,用铡刀铡草、独轮车等都是这类杠杆。 式中,F1表示动力,L1表示动力臂,F2表示阻力,L2表示阻力臂。从上式可看出,欲使杠杆达到平衡,动力臂阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。在使用杠杆时,为了省力,就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆;如欲省距离,就应该用动力臂比阻力臂短的杠杆。因此使用杠杆可以省力,也可以省距离。但是,要想省力,就必须多移动距离;要想少移动距离,就必须多费些力。要想又省力而又少移动距离,是不可能实现的。 动滑轮和定滑轮组合在一起叫“滑轮组”。因为动滑轮能够省力,定滑轮能改变力的方向,若将几个动滑轮和定滑轮搭配合并而成滑轮组,既可以改变力的大小,又能改变力的方向。普通的滑轮组是由数目相等的定滑轮动滑轮组成的。而这些滑轮或者是上下相间地坐落在同一个轮架(或叫“轮辕”),或者是左右相邻地装在同一根轴心上。绳子的一端固定在上轮架上,即相当于系在一个固定的吊挂设备上,然后依次将绳子绕过每一个下面的动滑轮和上面的定滑轮。在绳子不受拘束的一端以F力拉之,被拉重物挂在活动的轮架上。对所有各段绳子可视为是互相平行的,当拉力与重物平衡时,则重物W必平均由每段绳子所承担。若有n个定滑轮和n个动滑轮时, 第一类杠杆:是省力的杠杆,即动力臂大于阻力臂。例如,羊角锤、木工钳、独轮车、汽水板子、铡刀等等。 必须注意:在研究有关“功”的问题时,应分清有没有做功,谁在做功。功是一个只有大小而没有方向的物理量,它是标量而不是矢量。至于正功和负功,不过是区别外力对物体做功还是物体克服阻力做功,或用来表示力与路程同向还是反向,并不是功有方向性。 关于公式P=Fv,中F与v成反比的关系,应明确,不能脱离具体条件,防止得出谬误的结果。因为机器的牵引力要受速度的限制,又受机器的构造、运转条件等限制,任何机器在设计制造时,已规定了它的正常功率和最大作用力。超过最大作用力范围,牵引力和速度成反比这一关系就不能适用。另一方面也不能使机器的牵引力趋近于零,而使机器的速度无限制地增加。因为任何机器在工作时要受到阻力作用,阻力还与机器运转的速度有关。即使在没有负载的情况下,机件间的摩擦阻力仍然存在。为维持机器的运转,发动机的牵引力不能小于它所受的阻力。因而它的速度也不能无限增加。因此,任何机械在有一定的最大输出功率的同时,还具有一定的最大速度和最大作用力。 从支点到力的作用线的垂直距离叫“力距”。从支点到动力F1的作用线叫作“动力臂”;从支点到阻力F2的作用线叫作“阻力臂”。如果把从动力点到支点的棒长距离作为动力臂,或把从阻力点到支点的棒长距离作为阻力臂,这种认识是错误的。这是因为对动力臂阻力臂的概念认识不清所致。 滑轮的轴固定不动,它实质上是一个等臂杠杆。动力臂和阻力臂都是滑轮的半径r,根据杠杆原理Fr1=Wr2。它的机械利益为 2.当0°α90°时,1cosα0,则力F的有效分力Fcosα和物体的运动方向一致,力F对物体做正功; 简称为“力偶的力矩”,亦称“力偶的转矩”。力偶是两个相等的平行力,它们的合力矩等于平行力中的一个力与平行力之间距离(称力偶臂)的乘积,称作“力偶矩”,力偶矩与转动轴的位置无关。力偶矩矢量,其方向和组成力偶的两个力的方向间的关系,遵从右手螺旋法则。对于有固定轴的物体,在力偶的作用下,物体将绕固定轴转动;没有固定轴的物体,在力偶的作用下物体将绕通过质心的轴转动。 又叫“转矩”,是表示力对物体作用时,使物体发生转动或改变转动状态的物理量。力矩是矢量。力矩的大小等于力与从转轴到力的作用线的垂直距离之乘积。如果物体所受的力不在垂直于转轴O的平面内,就必须把力分解成两个分力:一个分力与转轴平行;另一个分力是在转动的平面内。只有转动平面内的分力才可能改变物体的转动状态。因此,在力矩等于力跟力臂乘积的计算中,应理解力是在它的作用点的转动平面内的分力。如这一点在力的作用线上,则力矩为零。如果若干个力同时作用在一个物体上,则合力矩是所有分力矩的代数和。一个处于平衡的物体,顺时针方向力矩的和等于逆时针方向力矩的和,在国际单位制中,力矩的单位是米·牛顿。其方向用右手螺旋法则决定。在中学阶段,因为只研究有固定转轴的物体的平衡,力矩就只有两种转向。规定物体逆时针转动的力矩为正,使物体顺时针转动的力矩为负。力矩愈大,使物体转动状态发生改变的效果就愈明显。用大小相同的力推门时,力的作用点离转轴愈远,且方向垂直于门,力臂愈大,则推门愈省力。 功是力对空间的累积效应。力对物体做功,使物体发生位置或运动状态的改变,因而也就发生了机械能的改变。功即是反映在这一过程中,物体机械能改变多少的物理量。在力学中功的狭义概念仅指机械能转换的量度;而在物理学中功的广义概念指除热传递外的一切能量转换的量度。所以功也可定义为能量转换的量度。一个系统总能量的变化,常以系统对外做功的多少来量度。能量可以是机械能、l298驱动芯片三相电动机分类三相电机道理图解洛,电能热能化学能等各种形式,也可以多种形式的能量同时发生转化。功的单位和能量单位一样,在国际单位制中,都是焦耳。 变了动力的方向,如要把物体提到高处,本应用向上的力,如利用定滑轮,就可以改用向下的力,因而便于工作。

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