应用简单机械主要是为了获得机械利益。如用小力获得大力,用小位移获得大位移,改变力的方向或作用点位置等。由于不可避免的摩擦,输出的功均小于输入的功,即机械效率均小于1。简单机械工作在低速情况下,因而对其力学分析常使用静力学的方法。简单机械虽然十分古老,但在现代各种机械和设备中仍被广泛采用,并演变出许多新的机械。
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. 理学 . 物理学 . 力学 . 经典力学 . 静力学简单机械
/simple machinery/
最后更新 2024-12-05
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人类在劳动实践中最早创造的结构简单的机械,包括杠杆、滑轮、斜面、螺旋、尖劈等。
- 英文名称
- simple machinery
- 所属学科
- 物理学
具有一个支点并在另外两点受力的刚性杆。图1中施力点称为力点,出力点
称为重点。杠杆平衡时有
,即作用在杠杆上的两力与它们的力臂成反比,称为杠杆原理。当
时,有
,即用小力可获得大力。如果杠杆缓慢转动,
点的位移要大于
点的位移。根据支点、力点、重点安排的不同,杠杆分为三类(图1)。第一类杠杆支点在中间,如天平、秤、撬杠、克丝钳。第二类杠杆重点在中间,如核桃夹。第三类杠杆力点在中间,如镊子,显然这类杠杆不能增力,是为了用小位移获得大位移。
内有沟槽的圆盘和跨过圆盘的绳索(胶带、链条)组成的系统。定滑轮平衡时,提升重物虽不省力但可改变施力方向。动滑轮平衡时
,可省力。通常使用滑轮组,如在起重机、升降机、卷扬机中就大量应用(图2)。为了得到很大的增力效果,工厂中还经常使用差动滑轮提升重物,它的增力比是
,式中
和
分别是大、小滑轮的半径。
同水平面成一倾角的平面。沿垂直方向提升重物很费力,如果放在斜面上沿斜面提升就比较省力(图3)。忽略摩擦的情况下,只要
,就可使重物沿斜面上升。实际上,斜面与重物之间总会有摩擦,设静摩擦系数为
,则当对重物水平施力且重物平衡时,有
,
表示对抗
与
的阻力。水平力必须足够大,当
时,才能使重物沿斜面上升,式中
,为摩擦角。当
时,无论多大的水平力都不能推动重物,发生摩擦自锁;同样,当
时,斜面上静止的重物无论多重也不会向下滑动。