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维基少年:事物如何运作/滑轮

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍
19世纪德国运河上的起重机。

滑轮是一个带有边缘凹槽的轮子,用于固定绳索或电缆。 通常,会将两个或多个滑轮一起使用。 当滑轮以这种方式一起使用时,它们会减少提升负载所需的力。 起重机使用滑轮来帮助它提升重物。 滑轮是六种简单机械之一。

谁发明了滑轮?

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滑轮的起源尚不清楚,但有证据表明它们被用于英国巨石阵的建造。 我们与滑轮联系在一起的第一个名字之一是阿基米德,他是出生于叙拉古(一个希腊海港殖民地)的著名希腊科学家。 阿基米德研究了许多科学领域并发明了许多设备,据说他使用滑轮将船从海里拖到陆地上。 阿基米德没有担任公职,而是将一生都奉献给了研究和实验。 他曾在亚历山大的欧几里得学校接受教育,亚历山大是当时的主要世界城市,位于今天的埃及。 他的实验至今仍在影响着我们的日常生活。

它如何获得能量?

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复合滑轮。

它通过以距离换取努力来获得能量。 使用 2 滑轮系统,你可以使用一半的力量来提升物体,但你必须拉动绳索两米才能将物体提升一米。

为什么会有这样的效果呢? 实际上是因为一个叫做工作的概念。 你知道,如果你步行 2 英里(3 公里)去上学,比步行 1 英里去上学要难。 每一步需要多少努力? 努力是你移动身体所需的能量。 科学家和工程师将你在一特定距离内使用的能量称为工作。 一个非常粗略的公式是说(这不是完全正确的)。 因此,如果你在 2 滑轮系统中拉动绳索 2 英尺(60 厘米)(用 1 磅力),那么你就做了 2 英尺磅(读作“英尺磅”)的工作,这与拉动一根绳索 1 英尺(用 2 磅力)所做的工作量相同。 热力学第一定律的一个结果是,做相同过程(例如将一个盒子提升 1 英尺)需要相同的工作量,无论你使用什么方法。 因此,你可以使用任何你想要的力,只要你做相同的工作量就可以了。

它是如何工作的?

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滑轮是缠绕在轮子上的绳索或电线。 它改变了力的方向。 一个基本的复合滑轮有一个绳索或电线连接到一个固定的点,缠绕在一个轮子上,然后缠绕在第二个轮子上。 拉动绳索会使两个轮子靠拢。

帆船上的滑轮组。 滑轮用于船上调整和拉紧帆。

它有多危险?

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这取决于。 因此,必须小心避免手指、松散的衣服和头发被卷入其工作中。 此外,由于滑轮通常用于提升重物,因此应小心。 如果用于安装滑轮的绳索、电缆或硬件发生故障,如果碰巧你在负载下方,可能会造成严重伤害。 必须小心不要超过起重设备的额定负载。

它做什么?

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它用于将两个物体拉近。 它可以用来提升重物(通过将重物拉到上面的物体附近)。 它有时用作陷阱。 这个人会将网钩到滑轮的绳索上,然后这个人会等待,直到他想要捕获的东西被捕获。

它如何变化?

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起重机上的滑轮用于将建筑材料提升到高空中,以便建造高层建筑。

你可以向系统添加或移除滑轮。 更多的滑轮使拉动更容易(或者它们允许你拉动更重的负载),但你必须拉更多绳索才能使负载移动相同的距离。

存在许多不同类型的滑轮系统。 例如,一艘普通的帆船可能拥有 3 或 4 个不同的滑轮系统(吊杆吊索、康宁汉、外吊索、主帆绳),它们都执行不同的功能。

它如何改变世界?

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滑轮使人们能够拉动比只使用肌肉所能拉动的更重的物体。 这使得古代国家能够建造大型帆船并探索世界,因为人们如果没有滑轮就无法将帆拉到正确的位置。 滑轮还可以将大型石块向上拉动,因此它们帮助人们建造大型建筑。

在它被发明之前,必须发展哪些想法和/或发明?

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绳索和轮子,因为阿基米德需要两者才能创造复合滑轮系统。 他需要轮子来制作实际的滑轮,需要绳索来提升重物。 后来,轮子会进行调整以适合绳索,方法是在轮子上创建一个小的凹槽。 当阿基米德发明复合滑轮系统时,只有木制轮子。 现在,金属轮子更有效率,更容易使用。

参考资料

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维基百科:滑轮

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