定滑轮中的力学原理.pdf

《定滑轮中的力学原理.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、９物理与工程Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．３２０１６定滑轮中的力学原理冀敏蒋平（复旦大学物理系，上海２００４３３）摘要定滑轮是最简单的机械，但其运行原理却涉及诸多方面；它内涵丰富，几乎可涵盖非物理专业力学部分的全部教学范围．本文全面分析定滑轮运行涉及的力学原理，包括选取的体系不同动力学方程有不同的表现形式，或同一种表现形式适用不同体系时有不同的解释；着重讨论摩擦力矩是定滑轮的转动动力．为此选择与轮缘接触的任一无穷小绳元，其两端张力合力的法向分量产生绳元和轮缘间的摩擦力．所有绳元

2、对轮缘的摩擦力矩的总和使轮子的角动量变化，而轮缘对绳元的摩擦力则与张力合力的切向分量平衡．静摩擦力起中介作用将定滑轮两边悬挂的重物和地球体系势能变化的一部分转化为轮子的转动动能．文章最后指出随着选取的体系不同重力既可理解为外力也可理解为内力，从而功能原理的具体表现也有所区别．关键词定滑轮；静摩擦力；功能原理ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲＩＮＣＩＰＬＥＳＯＦＦＩＸＥＤＰＵＬＬＥＹＪｉＭｉｎＪｉａｎｇＰｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３３）ＡｂｓｔｒａｃｔＰｅｒｈａｐｓｔｈｅｆｉｘｅｄｐｕｌｌｅｙ，ａｌｓｏｋｎ

3、ｏｗｎａｓＡｔｗｏｏｄ’ｓｍａｃｈｉｎｅ，ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆａｄｉｓｋｔｈａｔｃａｎｒｏｔａｔｅａｂｏｕｔａｆｉｘｅｄａｘｉｓｗｉｔｈａｓｔｒｉｎｇｐａｓｓｉｎｇｏｖｅｒｉｔａｎｄｔｗｏｂｌｏｃｋｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｔｗｏｅｎｄｓｏｆｔｈｅｓｔｒｉｎｇ，ｉｓｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｔｍａｃｈｉｎｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｖｏｌｖｅｓｐｌｅｎｔｙｏｆｍｅ－ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｍａｓｓｐｏｉｎｔ，ｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｒｉｇｉｄｂｏｄｙａｂｏｕｔａｆｉｘｅｄａｘ－ｉｓ，ｄｙｎａｍｉｃａｌｓｉ

4、ｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｓｔａｔｉｃｆｒｉｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｌａｗｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅｒｅｌｅｖａｎｔｔｏｔｈｅｆｉｘｅｄｐｕｌｌｅｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｌｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｓｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｗｅｆ

5、ｏｃｕｓｏｎｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｔｕｒｎｉｎｇｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄｐｕｌｌｅｙ．Ａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｉｔｉｓｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅ－ｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｄｉｓｋｒｉｍｔｈａｔｃａｕｓｅｓｔｈｅｄｉｓｋｔｏｒｏｔａｔｅ，ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｐａｒｔｏｆｔｈｅｐｏｔｅｎ－ｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｗｏｂｌｏｃｋｓｉｎｔｏｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｄｉｓｋ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｃｅｓｏｆｇｒａｖｉｔｙａｃｔｉｎ

6、ｇｏｎｔｈｅｂｌｏｃｋｓｃａｎｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｅｉｔｈｅｒｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｏｒｅｘｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓ，ｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｗｈｉｃｈｏｂｊｅｃｔｓａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｉｘｅｄｐｕｌｌｅｙ；ｓｔａｔｉｃｆｒｉｃｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ几乎所有的基础物理教科书都会提到定滑机．事实上，阿特武德机的运行涉及质点动力轮．在初中物理教材里是作为改变力的方向的简学、刚体绕定轴转动、静摩擦力、功能原理、机械单机械；而在高校基础物理课里往往作为刚体能守恒等诸多方面，几乎可以涵盖

7、非物理专业［１－４］动力学的典型应用实例．然而就大多数教材力学部分的全部教学范围，可谓简单机械蕴含而言，鲜有对定滑轮运行过程中涉及的物理学着丰富的力学原理．本文即拟对此作较为详细的原理作详细、充分讨论的．定滑轮又称阿特武德讨论．收稿日期：２０１６－０１－１７作者简介：冀敏，女，副教授，主要从事物理教学与研究，科研方向为医学物理．ｊｉｍｉｎ０１＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ引文格式：冀敏，蒋平．定滑轮中的力学原理［Ｊ］．物理与工程，２０１６，２６（３）：９－１１．１０物理与工程Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．３２０１６