动滑轮是谁发明的,它的移动距离是多少?

为什么动滑轮和定滑轮抬同一个物体时,定滑轮的机械效率会更高呢?我来给你分析一下。首先定滑轮不省力,而动滑轮比较省力。当我们把同一个重物提升到同样的高度时,有用功都是W有=GH,所以有用功是相同的。区别就在于额外功:动滑轮需要克服自身重力做功,还要克服绳子和滑轮的摩擦力做功,还要克服绳子自身重力做功;而定滑轮只需要克服绳子和滑轮的摩擦力做功、克服绳子自身重力做功。机械效率等于有用功除以总功,由于有用功相同,但定滑轮的额外功更少,所以定滑轮的机械效率自然就比较高。

在现代物理应用中,动滑轮和定滑轮可以说是黄金搭档,缺一不可。为什么这么说呢?因为动滑轮能帮我们节省一半的力,但却不能改变力的方向;而定滑轮正好相反,它能改变力的方向,却不能省力。所以这两个必须配合使用,我们把这种组合叫做滑轮组,少了任何一个都没法正常工作。

说起动滑轮的发明,其实可以追溯到古希腊时期。古希腊人不仅发明了动滑轮,也同时发明了定滑轮。到了1788年,一位法国物理学家对这些机械原理进行了完善,最终发展出了对我们现代科学具有深远影响的拉格朗日力学体系。

动滑轮移动的距离是多少呢?答案很简单,动滑轮移动的距离就等于被提升物体移动的距离。这是因为动滑轮的定义就是:当重物直接挂在滑轮上,提升重物时滑轮也会一起上升,这样的滑轮就叫做动滑轮。从杠杆原理来看,动滑轮实质上是动力臂等于2倍阻力臂的杠杆,它能省一半的力,但由于它和重物一起移动,所以两者的移动距离是完全相等的。

不过有个特殊情况要提醒大家,只有一个动滑轮时最多可以有三股绳子。具体怎么绕呢?就是把绳子一端固定在动滑轮轴承上,然后绕过定滑轮再绕回动滑轮,让自由端向上。这样的话,自由端的拉力就只有被提升重物和动滑轮总重量的三分之一,确实更省力了,但问题依然存在,还是不能改变力的方向。

最后我们来做个受力分析比较。假设甲、乙两个物体重量相同,重力相等,匀速提升相同的高度,那么有用功都是W有=GH,所以有用功相同。如果不计绳子重力和摩擦,定滑轮的拉力F乙等于G乙,而动滑轮的拉力F甲等于总重量的一半,也就是(G甲+G动滑轮)/2。由于动滑轮重量通常小于物重G,所以动滑轮虽然更省力,但确实会带来更多的额外功消耗。

你知道吗?如果只有一个动滑轮的话,通常会有两股绳子吊着它。动滑轮本质上是个动力臂等于阻力臂二倍的杠杆,绳子固定端跟滑轮轮相切的点就是支点。这里动滑轮的轮半径是阻力臂,轮直径是动力臂,所以动力臂恰好是阻力臂的二倍。当你拉绳子自由端时,这个力就是动力,使用动滑轮确实能省一半的力,可惜它不能改变力的方向。