探寻辘轳的奥秘——简易“辘轳”取水装置的制作

重庆市江津区双福育才中学校 范汝艳

重庆市育才中学校 李建

“井”是乡愁的象征，故远离故土叫“背井离乡”。井多种多样，其中辘轳井是一种典型代表。今天，就让我们一起动手制作一个简易“辘轳”取水装置，探寻其中的奥秘吧。

一、制作材料与工具

筷子6根，雪糕棒4根，一段长度约15 cm的硬铜导线，细绳若干，空塑料小瓶1个，大塑料杯1个，剪刀1把。如图1所示。

图1

二、制作步骤

1．用细绳捆绑两根筷子的一端，捆绑2对，如图2所示。

图2

2.利用三角形的稳定性，将捆绑后的筷子打开一定的角度，用细绳把雪糕棒固定在筷子中央，如图3所示。

图3

3．在雪糕棒的一端和三角形支架底部分别再捆绑一根筷子进行固定，如图4、5所示。

图4

图5

4．用剪刀把塑料小瓶剪成大小合适的小桶，并在桶口两侧距桶口0.5 cm处用剪刀开两个对称的小孔，用细线拴接，如图6所示。

图6

5．把长度约15 cm的硬铜导线弯成如图7所示的形状，并置于三角支架上。

图7

6．如图8所示，将连接小桶的线的另一端固定在硬铜导线中央。用大塑料杯装合适的水，模拟水井，一个简易“辘轳”取水装置就制作成功了。

图8

三、实验现象与原理分析

辘轳是利用轮轴原理制成的用于井上提水的起重装置，由辘轳头、支架、绳子、水斗等部分组成。轮轴的实质是省力杠杆，如图9所示。

图9

杠杆平衡需要满足杠杆原理，也称为“杠杆平衡条件”，即作用在杠杆上的两个力的力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等，用代数式表示为F1·L1=F2·L2。从上式可看出，通过做一个动力臂大于阻力臂的杠杆或轮轴能起到省力的作用。辘轳能省力就是利用这样的原理。

科技知识窗

古老的辘轳

早在公元前一千一百多年前，中国就出现了辘轳。据《物原》记载：“史佚始作辘轳。”史佚是周代初期的史官。到春秋时期，辘轳开始流行。

1974年，考古人员在湖北铜绿山春秋战国古铜矿遗址发掘时发现两根木制辘轳轴，其中一根全长2500毫米，直径260毫米，经判定为用于提取铜矿石的起重辘轳的残件。