块和铲球的工作方式

经过:马歇尔大脑|
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一个简单的滑轮系统。

如果您曾经看过起重机的尽头,或者您曾经使用过引擎提升机或出现,或者您曾经看过帆船上的索具,那么您已经看到了一个障碍物。砌块和铲球是绳索和滑轮的布置,可让您交易距离。在这个版本的事情怎么样我们将研究一个块和铲球的工作原理,还可以检查其他几种越来越多的力量设备!

了解块和铲球

想象一下,如下所示,您有从绳索悬挂的100磅(45.4千克)重量的排列。

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在这个图中,如果您要暂停空气中的重量,则必须向绳索施加100磅的向上力。如果绳索长100英尺(30.5米),并且要增加100英尺的重量,则必须拉入100英尺的绳索才能做到这一点。这很简单明显。

现在想象一下您在混合物中添加皮带轮。

这会改变什么吗?并不真地。唯一变化的是您必须使用的力的方向来举重。您仍然必须施加100磅的力以保持体重悬浮,并且您仍然必须用100英尺的绳子卷曲才能举起100英尺的重量。

下图显示了添加第二个皮带轮后的布置:

这种安排实际上确实以重要的方式改变了事情。您可以看到重量现在被两个皮带轮而不是一个滑轮悬挂。这意味着重量平均分配在两个皮带轮之间,因此每个皮带轮仅容纳一半的重量或50磅(22.7公斤)。这意味着,如果您想将悬挂在空中的重量固定,则只需施加50磅的力(天花板会在绳索的另一端施加其他50磅的力)。如果您想增加100英尺的重量,则必须将绳索卷成两倍的绳索,必须拉入两倍的绳索。这表明了力距离权衡。力量已切成两半,但必须拉绳索的距离增加了一倍。

以下图为布置增加了第三和第四个皮带轮:

在此图中,连接到重量的皮带轮实际上由同一轴上的两个单独的皮带轮组成,如右侧所示。这种布置将力切成两半,并再次加倍距离。要使重量保持空气中,您必须仅施加25磅的力,但是要使空气中的重量高100英尺,您现在必须用400英尺的绳子卷起。

块和铲球可以随意包含尽可能多的皮带轮,尽管在某个时候,滑轮轴的摩擦量开始成为重要的电阻来源。

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其他力量/距离权衡

您会与各种简单机器中的力量/距离权衡接触。例如,杠杆是这种现象的一个例子:

在此图中,将力F应用于杆的左端。杠杆的左端是右端(x)的两倍(2x)。因此,在杠杆的右端有2F的力,但左端移动(2y)的距离(y)的一半(y)。更改杠杆左右端的相对长度会更改乘数。

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齿轮可以做同样的事情:

在此图中,左手齿轮的直径是右手齿轮的两倍。对于左手齿轮的每一转弯,右手齿轮都转动了两次。如果您通过一次旋转将一定量的扭矩施加到左手齿轮上,则右手齿轮将施加一半的扭矩,但会旋转两次旋转。

另一个很好的例子是一个简单的液压系统,如下所示:

假设您有两个充满水的圆柱体,该管道和管道将两个圆柱体连接在一起,如图所示。如果您将力F施加到左手柱塞上,则会在左侧圆柱体中产生压力。假设您向左手气缸施加10磅向下的力。我们还可以说,左手缸的半径为0.57英寸。因此,左手活塞的面积为PI * 0.57 * 0.57 = 1平方英寸。如果右缸的半径大4倍或2.28英寸,则右手活塞的面积为16平方英寸,或16倍。如果您用10磅的力将左手活塞推到16英寸处,那么右手活塞将用160磅的力升起1英寸。各种各样的液压缸每天都利用这种简单的力量效果。

您会看到一个块和铲球,杠杆,齿轮列和液压系统都做同样的事情:它们使您通过按比例减少放大力可以作用的距离来放大力量。事实证明,这种力乘法是一种非常有用的功能!以下是使用这些简单原理的一些设备:

  • 汽车杰克(杆或螺纹齿轮)
  • 指甲剪子(杠杆)
  • 汽车传输(齿轮)
  • 来到阿隆(块和铲球,齿轮)
  • 可以开门(齿轮,杠杆)
  • 撬棍(杠杆)
  • 锤子爪(杠杆)
  • 开瓶器(杠杆)
  • 汽车制动器(液压)
  • 液压店电梯
  • 电梯(块和铲球)
  • ETC...

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最初出版:2000年4月1日

滑轮常见问题解答

滑轮如何工作?
皮带轮是轴上的轮子,旨在帮助重载重量。单轮皮带轮使您可以通过拉下载荷向上抬高负载来改变施加负载所需的力的方向。同样,两轮皮带轮平均分配重量,使每个重量仅保持一半的重量,从而使您可以用一半的力量举起相同的重量。
滑轮在哪里使用?
滑轮在许多行业中都有各种应用。常见的例子包括用于举起和移动重型材料的建筑皮带轮;剧院窗帘和窗户百叶窗;还有很多锻炼设备。
起重机是皮带轮吗?
起重机是一台使用皮带轮和电缆来抬起,移动和降低重型材料的机器。虽然起重机确实使用皮带轮作为主要功能,但它们本身不是皮带轮。
特色

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