关于此实验
建筑工人、水手和起重机操作员使用滑轮提升重物。单个定滑轮只能让你向下拉，而不是向上拉；但滑轮组能让多根绳子分担重量，因此人可以提升远超自身体重的重物。不过没有免费的好处：你必须把绳子拉得更长。试试六种滑轮系统，数一数支撑重物的绳子有几根，用弹簧测力计读出所需的力，并检查你输入的功始终不小于作用在重物上的功。
学习目标
- 描述定滑轮和动滑轮的作用
- 通过数支撑重物的绳子，找出滑轮系统的机械优势
- 说明所需的力越小，拉动的距离就越长
- 计算输入功、输出功和效率
- 解释为什么实际滑轮系统的效率低于100%
使用方法
- 1从定滑轮和一个20 kg的重物开始。比较所需的力和重物的重量。这个滑轮有什么用？
- 2切换到动滑轮。现在所需的力是多少？你必须朝哪个方向拉？
- 3分别尝试使用2、3、4和5根绳子。将承重绳段的数量与所需拉力列成表格。有什么规律？
- 4拉动绳子，观察绳子上的标记。绳子的哪一部分移动得最快？
- 5在每种装置中将重物升高50 cm，并比较拉动的绳长、输入功和输出功。
- 6添加质量为2 kg的滑轮，并将摩擦设为5%。为什么增加滑轮后效率会降低？
模型
假设
- 绳子质量轻且不会伸长，因此没有摩擦时，绳子各处的张力都相同。
- 所有承重绳段都垂直，重物以恒定速度缓慢提升，因此没有加速度。
- 活动滑轮的重量会与重物一起被提升。定滑轮悬挂在天花板上，不会增加所需的拉力。
- 摩擦力是绳子每经过一个滑轮时损失的张力的固定比例，这是对真实轴承的简化模型。
- 滑轮并排绘制，以便看清绳子的每一段。在真实的滑轮组中，它们共用一根轴。
在课堂上试试这个实验
- Q1用4段承重绳提升一个60 kg的重物。理想拉力是多少？（g = 9.8 N/kg）
- Q2使用由5段绳子组成的滑轮系统将重物提升2 m，需要拉动多长的绳子？
- Q3一名工人用150 N的力，通过3段绳子提升一个400 N的重物。求机械利益和效率。
- Q4单个定滑轮没有机械利益，为什么仍然有用？
- Q5滑轮系统能减少提升重物所需的功吗？请解释。
常见问题
向下拉时，为什么自由端不算作承重绳段？
从定滑轮引出的自由端拉动的是滑轮，而滑轮悬挂在天花板上，并不拉动重物。只有连接到动滑轮上的绳段，或在动滑轮上向上拉的那一端，才支撑着重物。
机械优势和速度比是一样的吗？
只有在理想系统中才一样。速度比由几何结构决定，始终是 n。机械优势根据作用力测得；存在摩擦或滑轮较重时，机械优势会更小。
滑轮在现实生活中有哪些用途？
起重机、升降机和电梯、帆船、旗杆、百叶窗、健身房的力量训练器械以及攀岩救援系统都使用滑轮，而且往往会组合使用多个滑轮。