物理力学解析滑轮的转动

摘 要：如果，我们从物理力学角度来解决和分析滑轮问题的话，我们不难发现，在滑轮问题中，其实绳子的张力并没有去直接的作用到滑轮上。在进行实验的过程中，通过我们对于定滑轮和动滑轮之间的分析，我们可以发现，绳子的张力本身，是通过滑轮之间的转换，将原动力转换为摩擦力或者说支撑力。以此来间接的对滑轮产生一定的力学作用，可以说，在整体的滑轮转动过程中，摩擦力和支撑力起到了非常重要的作用。其关于物理力学本身的概念和原理，也是围绕着此基础上来进行分析研究。

关键词：物理力学；解析；滑轮的转动

当我们进行刚体力学研究的时候，我们时常会遇到类似于滑轮的问题。那么，通过我们对滑轮转动的分析与研究可以发现，绳子的张力，是让滑轮产生转动的主要原因。而且，这一点也是被现在的主流教材以及当下物理学研究者所公认的事实。当然，按照这一观点来进行分析和研究的话，的确所得出的结果也是正确的，只不过，在对于此问题的认识和理解上，单单依靠上述概念来进行判断的话，难免还是存在着一定的不足。对于滑轮的转动而言，其本身主要是靠着摩擦力来进行运作，并不是传统中我们所认为的绳张力，如果无法清晰的去认识到这一问题，那么在对于问题的认知上就会存在着一定程度的错误。故而，本文以物理力学为基础，浅析从物理力学的角度来对于滑轮的转动进行分析和研究。

一、對于滑轮转动的传统概念

滑轮在发明的时候，其主要的目的是为了能够帮助提升重物时进行省力的工具，其本质原理是一项简单的器械。那么，滑轮本身可以说是由物体周边槽沟，并且能够绕着内轴转动的小轮组成，期间，可以由绕着中心轴转动的沟槽圆盘和圆盘上的柔索、绳子、胶带、钢索等物品所组成能够绕着中心轴开始旋转的简单机械，这样的机械，我们就可以将其称之为滑轮。

而在传统的力学概念中，典型的滑轮，其本身就是以绕着中心轴来进行旋转的圆轮式机械，并且，在这一圆轮的四周围，是具有着一定的凹槽，在凹槽之上，可以将绳索等工具用其缠绕，以此，来以绳索和原轮之间所产生的摩擦力，帮助圆轮开始正式朝着中心轴旋转。滑轮本身意义是能够变形，能够进行转动的杠杆，而由多个滑轮共同组成的机械，我们则可以将其称之为滑轮组，滑轮组的话，其本身所产生的机械利益较大，可以去牵拉拉拽一些比较大，重量比较重的负载物，并且，滑轮也可以变为链来进行力的传动或者带传动，将功率从一个旋转轴转移到另一个旋转轴上。

滑轮组本身分为了两种，一种是定滑轮，一种是动滑轮，从它们的名字上我们就可以得知，动滑轮和定滑轮本身，动滑轮的中心轴是可以运动的，而定滑轮的中心轴则是固定不动的。只有将定滑轮和动滑轮两者之间结合在一起，才能够真正的去组成滑轮组。

二、定滑轮动滑轮的概念特点

（一）定滑轮的原理特点

想要真正的去了解定滑轮之前，首先我们要了解到在使用滑轮时，其本身所固定不动的滑轮，我们则可以称之为定滑轮。而定滑轮本身的原理，我们则可以这样去理解。定滑轮本身的实质，相当于一个等臂杠杆、动力臂L1、阻力臂L2等。这些，都等于滑轮半径。而在此基础上，根据着杠杆平衡条件，我们也可以从中得出定滑轮不省力和不节省距离的结论。所以，定滑轮本身的原理特点为固定不动，以杠杆平衡条件，来达到其作用力的目的。

（二）动滑轮的原理特点

对于动滑轮的原理特点，我们可以这样去理解，在使用的过程中，轴体本身随着物体去一起移动的滑轮，我们则可以将其称之为动滑轮。动滑轮本身更像是一个省力的杠杆，假设O为杠杆的支点，那么滑轮的轴则就可以将其称之为阻力本身的作用点，这样的话，绳子对于动滑轮本身所产生的作用力是动力，而在提升重物的时候，如果两边的绳子都是以一种平行的状态去运作，那么，动力臂和阻力臂分别会产生两倍动力，而在对于动滑轮平行的时候，其本身的动力则为阻力的一半，所以，对于动滑轮而言，其本身的特点是使用动滑轮能够省将近一般的力，但是，动滑轮本身的使用是非常费距离的，所以，使用动滑轮来进行运作的话，虽然可以省下一部分的力气，但是，动力所移动的距离则是需要加长将近两倍。

三、解析滑轮的转动

如果想要真正的去验证这一结果的话，那么我们可以用实验的方式来进行验证。假设，在进行滑轮实验的过程中，通过对于滑轮本身的运作和使用，我们可以看到，在滑轮本身匀速上升的时间段里，导致滑轮能够匀速转动的原因，正是摩擦力据、绳子对于滑轮本身的支撑力矩和重力矩三者之间共同作用的结果。

之前有相关的研究表明，由于只是存在着摩擦力矩，所以，摩擦力据对于定滑轮的转动而言，是所起到的唯一作用和原因，而对于所谓定滑轮只能是轻绳和滑轮质量为零，如果原理是这样的话，滑轮也不可能将其称之为滑轮。

在非常多的实验过程中，我们都可以得出一个结论，那就是在滑轮的问题上，绳子的张力其本身是并没有直接的去作用到滑轮上，对于滑轮而言，导致其之所以能够去转动的原因，更多的，是摩擦力据单独作用下的结果。所以，有时候当摩擦力矩和其他的力矩能够达到平衡滑轮靠惯性本身去转动，而有时摩擦力矩和其他力矩的合力下，则可以帮助滑轮去加速转动。绳子的张力本身，是通过转化摩擦力据和支撑力矩之后，在两种力矩的共同合力下所间接起到的作用，但在大多数的实践，我们总是可以去用绳子两端的张力来进行计算。

四、结语

从物理力学的角度上而言，对于滑轮转动本身的概念，可以说传统的理解方法和理念上是存在着一定的问题和误区。那么，对于之前教材中所出现的问题和不足，可以在刚体转动的这一部分进行标注和注释，或者用例题的方式来进行补充，这样的话，可以尽可能的去避免学习者产生认识上的误解。

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作者简介：姜涵宝（2000-），男，汉族，河北保定定兴县北田乡尤旺村人，就读于河北定兴第三中学。