“來,看著這個位置,是一個單滑輪,是由一個輪和一個固定或可動的軸組成。固定滑輪主要改變力的方向,而動滑輪可以減少提升物體所需的力。”
“假如我們用多個滑輪,在借助繩索,就可以用非常小的力,拖動較大的物體。”
白貓老師操控著投射在空中的多個滑輪,然後又拉出一個繩索,連接起來後,進行演示。
“哇,這樣不就可以做很多事了。”
“嗯,是的,有了這個可以節省很多的能量,但是滑輪的本身也會收到磨損,因此需要時常的進行檢驗。”
“其中滑輪軸承、自動複位滑輪、導向滑輪、平衡滑輪等等,在機械裝甲中用的非常的多,但也有一些人研發了一些其他的換輪代替,增加其功能性。”
“你們看那個機器人,它的腕部、肘部、肩部、軀幹等等的一些位置都有這些滑輪。”老師指著不遠處正在工作的機器人。
“嗯嗯。”
“機器人在進行運作的時候,因為受個體的限製,所能動用的力非常小,有了這些滑輪,就可以處理比自身重量還要重的一些事物。”
“就像螞蟻一樣,個體小,但是能舉起比自身重好幾倍的物體。”
“我們來看這個數學式子。”
“這是一個混輪的計算,在滑輪係統中,混輪(也稱為複合滑輪或滑輪組)通常由動滑輪和固定滑輪組合而成,用以提高力的放大倍數或改變力的方向。混輪係統的數學計算涉及到力的放大倍數(也稱為機械優勢)和係統的有效力臂。”
機械優勢(MA):
機械優勢是指使用滑輪係統時,輸出力與輸入力之間的比率。對於一個混輪係統,機械優勢可以通過以下公式計算:
MAu003d努力端繩索的段數/負載端繩索的段數
其中,負載端繩索的段數是指連接負載(提升或拉動的物體)的繩索分成了幾段,努力端繩索的段數是指連接施力點(如人等)的繩索分成了幾段。
力的計算:
一旦確定了機械優勢,就可以計算出所需的輸入力:
F輸入u003dF負載/MA
其中,F輸入,是施加在係統上的力,F負載,是負載(即被提升或拉動的物體)的重量。
距離的計算:
使用滑輪係統時,為了提升或拉動某個物體一定距離,繩索需要拉出更長的距離。這個距離可以通過以下公式計算:
d輸入u003dMA×d
其中,d輸入,是繩索拉出的距離,d負載,是負載移動的距離。
工作和能量:
在理想情況下,沒有摩擦和其他能量損失,所做的總功是相等的。工作(W)可以表示為力和位移的乘積:
W總u003dF輸入×d輸入u003dF負載×d負載
在實際應用中,還需要考慮到摩擦力和其他可能的能量損失,這將減少係統的機械優勢。
此外,滑輪的重量、繩索的彈性和滑輪與軸之間的摩擦都會對實際效果產生影響。在設計滑輪係統時,需要對這些因素進行考慮和計算。