|
动滑轮不能改变施力方向，书上都是这么写且老师也这么教的。是这样吗？难道只用那么一条规律就足以涵盖动滑轮的力学特性？是不是太单调了点，这样，学物理就不好玩了。力学真有这么简单吗？其实力学很简单，没错！而书上对动滑轮的力学描述也对，但不全对！前述规律并不是放诸四海皆准，千万不要囫囵吞枣。原因待本次博文实作一台将动滑轮融入到机构动力车里创意设计，从「做中学」动手玩创意过程中，有了实际观察与体验之后，真像会告诉你，施力方向会有改变，导致滑轮会转弯，也就是说，前述规律并不足以涵盖动滑轮的力学特性，是有些情况，还有进一步发掘的可能。反过来问，如有该条规律不适用的情况，那到底会是什么？原因又为何？学习如能这样提问，那会发现物理好玩有意思多了。 首先来看上图右方照片，显示工程起重机的吊具正向上提拉动滑轮，以便吊起超大的预铸水泥桥。工程起重机怎样能够更省力、合理的使用动滑轮呢？因为，一般的滑轮是可以绕着中心轴旋转的圆轮，如按滑轮中心轴的位置是否移动，可将滑轮分为“定滑轮”与“动滑轮”；定滑轮的中心轴固定不动，而动滑轮的中心轴可以移动。动滑轮的圆轮，其圆周面具有凹槽，将绳索缠绕于凹槽，用力牵拉绳索两端的任一端，则绳索与圆轮之间的摩擦力会促使圆轮绕着中心轴旋转，也会使得整个动滑轮跟着移动，但动滑轮不能改变施力方向。在动滑轮拉动绳索一端的拉力等于负载的一半，可以较省力地牵拉较重负载是其重要特性，真实情况就如同上图右方照片所示那样。然而，如果按照上图左上方图片所描绘的施力情况，则随着重物的向上拉动，施力需要越来越卖力地牵引且施力方向会越来越趋向水平，这是因为合力的关系，在此情况是斜拉动滑轮，根本不同于前面工程施工向正上方提拉动滑轮的情况。此外，还有一些一般没料到的创新应用情况，就譬如说按照上图左下方照片中动滑轮在机构动力车里的特写镜头，是运用侧向拉动绳索以便牵引动滑轮，动滑轮虽不是水平方向运动，却完全不同于前两个向上拉动滑轮的例子，这是在机构动力车里面多加了连杆顶住了动滑轮，使得绳索侧拉时，其合力作用会使动滑轮呈弧形运动而转弯了。本次博文就是要突破动滑轮这条框框枷锁，因为那不是力学的全貌，进而才能深挖动滑轮的特性并将融入到机构动力车里头。 动滑轮在静力平衡下会跟着不同的施力情况随之俱变，倘若所有相关作用力都在同一平面上，那么基本上动滑轮会处于合力为零的位置，这条才是更加基本的物理定律，但书上都不是这么教导。因此，拿动滑轮用来教授静力平衡是最好的教具，好比右图所示的静力平衡实验，如果中心点改用动滑轮会更棒，为什么呢？因为这样实验设置，能保证水平方向与垂直方向都没有耦合情况，受力情况是自由抗衡的，直到平衡为止，因此当配重改变静力失衡下，动滑轮会在绳索上自由移动着，待静力平衡时，动滑轮自然会处于合力为零的位置。如果在真实世界打算运用动滑轮进行一些机构设计的创新构想，那想象力肯定会受限捆绑于前述老师教的书上写的这么一条规律，其结果是，为了易于教学而简化了力学描述，这样便宜行事结果就是创造不出丰富的创意。本次博文就是要突破动滑轮这条框框枷锁，因为那并不是力学的全貌，进而才能深挖动滑轮的潜在特性，并以实际建构法，将其融入到机构动力车里头，直接证明书上那条对动滑轮施力方向不变的规律，其实并不是铁律。 就让动滑轮引领我们，顺着中国高铁的引进消化吸收再创新的心法，一起动手操作积木。首先，从零开始思考，机构动力车在车轮、平台、动力三方面，由于有着相同平台化的底盘骨架，除了轮子不用重新发明，底盘骨架平台也不用再重新发明，就只剩下动力单方面着眼进行设计，这样就可以快速有效地把动滑轮设计安装在新款车的框架里，这也是机构动力车集团军能够经济有效创新智造的奥秘，当然还要经过多番的尝试与犯错。以下就是创新智造出来具有动滑轮特色的新款机构动力车。? 上图是运用动滑轮特色的新款机构动力车，其尾部齿条尚未触发的情况，当然，其底盘骨架平台上红色框架左侧顶边正竖立着扁连杆，表示该扁连杆圆弧边缘尚未顶起当作棘爪卡在后轮轴上中齿轮的连杆，因此机构动力车尚处于待命状态。下图则是运用动滑轮特色的新款机构动力车，其尾部齿条受到碰撞，因而触发启动的情况，这时，其底盘骨架平台上红色框架左侧顶边的扁连杆已经向后倾斜，那是受到绳索侧拉合力作用使动滑轮呈弧形转弯运动的影响，进而产生了连杆联动拨动了扁连杆，表示该扁连杆圆弧边缘已经顶起原先具有棘爪作用的连杆，起得了杠杆作用进而抛开棘爪，现在已松动后轮轴上的中齿轮了，说时迟那时快，储能立马转换成为快速运转的动力，只见，机构动力车像一只脱缰之马往前奔驰。另外，红框架里可以看到一个大黄色定滑轮，若加上此次介绍的核心部件滑轮，如此是否可构成一个滑轮组呢？ 还记得之前所发博文曾运用蜗牛凸轮、蛋形凸轮充当机构动力车创意的核心部件，连同这一次的动滑轮，以及后续的定滑轮，不要小看这几个基本机械组件，它们的创意组合只受到我们想象力的限制，让我们来看看计算机想必会获得一些启发吧。计算机科技已经让人类世界产生翻天覆地的变革，其实说穿了，计算机基本上是个”0”与”1”的二元世界，然而无极生太极、太极生两仪、两仪生四象、四象生八卦、相衍相克、万物化生、生生不息，也因为这样，单单二元世界就能衍生万事万物，何况我们有那么多的机械组件可用。因此，笔者将于各式各样的机构动力车中应用了许多组件，诸如：棘轮、连杆、动滑轮、卡榫、定滑轮、凸轮、齿条、曲轴、肘节、插销、重力摆等机构机制，发挥创意构想，有效提升产品机构设计质量，丰富机构动力车的内涵，让机构动力车更多元、更好玩、更具挑战性、更具学习价值。 |
|
|
