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辘轳井(动画版)

 小玩童口袋实验 2021-06-11

小伙伴们,在一些古镇或历史博物馆内,我们能看到一些奇怪的井。这些井上有一个拴着绳子辘轳和一个摇把,绳子的另一头系着一个水桶。叫做辘轳井。是一种古代提水的设施。握住摇把,旋转辘轳,就能将井水提出。

那么你知道这种方式提水与普通提水有什么区别吗?

平常提井水的时候,要将水提出,需要花很多力气,水有多重,就要用多大的力气提起,如果多次提水,非常吃力。

但是辘轳井就不同了,辘轳井在打水时,摇动把手,可以比较轻松的将水提起来,这是为什么呢?

  我们来看一下辘轳的结构,做一个受力分析,首先,这是阻力点,辘轳转动时,这个点受到水桶垂直向下的拉力。这里,是支点。在辘轳的圆心,辘轳旋转的时候,保持不变,最后是受力点,在摇把的末端,我们握住用力的地方。

这个分析图是不是看着优点眼熟?没错,辘轳其实就是一个杠杆,阻力臂就是辘轳圆桶的半径,而动力臂则是半径加上摇把的长度,动力臂远远大于阻力臂。

根据杠杆平衡公式,阻力×阻力臂=动力×动力臂,动力臂比阻力臂长的情况下,是省力杠杆。

假设水桶重(阻力)10kg,阻力臂为5cm,动力臂为10cm,带入公式,10×5=10×5。可以得出我们只需要花5kg的力量就能将10kg水提起了。

小伙伴们,下面我们就自己动手做一个辘轳井感受一下吧。

辘轳的结构就是一个省力杠杆,有阻力点,阻力臂,支点,动力臂,动力点,构成。

辘轳的动力臂是是摇把的长度,助力臂是轴销的半径,动力臂远大于助力臂。

所以辘轳井是一种省力的杠杆工具。

了解杠杆,像这样一根棍子,就是一个杠杆。 不止是它,只要是一根硬棒,再力的作用下能绕着固定点“O”转动,这跟硬棒就是杠杆。

像这样的(啤酒开瓶器),这样的(跷跷板),还有这样的( 铡刀),它们都是杠杆。

在了解杠杆的作用前,我们首先来了解几个和杠杆有关的新名词,第一个词叫做“支点”,支点就是杠杆能绕其转动的点,一般用字母O来表示,第二个词,“动力”,使杠杆转动的力,就叫做动力,记做F1。

然后是第三个词,“阻力”,也就是阻碍杠杆转动的力,记做F2。第四个词,动力臂,从支点O到动力F1作用线的距离,记为L1。最后一个叫做“阻力臂”,也就是从支点O到阻力F2作用线的距离,记做L2。

比如用这根杠杆撬动石头的时候,这个固定的点,就是支点,驱使它转动的力就是人对杆的压力,所以这个力就是动力。石头对杠杆的压力,就是阻碍杠杆转动的力,也就是阻力。那么从支点到人对杠杆压力的作用线的距离,就是动力臂L1啦。而从支点到石头对杠杆的阻力的作用线的距离,就是阻力臂L2啦。 

再比如这个启瓶器,使用的时候,这个点,就是支点。人对它向上的力,就是动力。瓶盖对它向下的力就是阻力。所以,从支点到动力的作用线的距离,就是动力臂L1,而从支点到阻力的作用线的距离,就是阻力臂L2。

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