滑輪是一種特殊的杠桿,用杠桿的平衡條件分析得出的力的情況和力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是吻合的.我們來看下面兩點(diǎn).
一、一根繩子力相等
無論是定滑輪、動(dòng)滑輪還是滑輪組,只要在同一根繩子上,不管繩子有多長,也不管繩子繞過多少滑輪,繩子上的力總是相等的.
例1 用定滑輪沿不同的方向提升重物,如圖1所示,判斷F1、F2、F3的大小關(guān)系.
分析: 要提起物體,繩子必須對(duì)重物施加向上的大小為G的拉力,繞過滑輪,不論方向如何,力的大小都等于被提起的物體的重力,所以F1=F2=F3 .
也可以這樣分析:以滑輪中心為支點(diǎn),G為阻力,F(xiàn)為動(dòng)力,因阻力臂=動(dòng)力臂=滑輪半徑,所以無論F方向怎樣,在圖1中始終有F1=F2=F3 .
二、滑輪所受的力平衡
滑輪靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),滑輪受到相反方向上的力相互平衡.
例2 如圖2,用動(dòng)滑輪勻速豎直提升重物,分析拉力F與物體重G的關(guān)系.
分析: 若不計(jì)滑輪重,動(dòng)滑輪處于平衡狀態(tài),如圖2(甲),則2F=G,即F=G.
若動(dòng)滑輪的重力為G0,如圖2(乙),則2F=G+G0,即F=(G+G0).
例3 如圖3所示的裝置處于平衡狀態(tài),若滑輪重、繩重以及摩擦均忽略不計(jì),則G1∶G2為().
A. 1∶1B. 2∶1C. 1∶2D. 1∶3
分析: 依據(jù)一個(gè)繩子上的力相等,則每段繩子上受到的拉力都是F,且動(dòng)滑輪處于平衡狀態(tài),所以F=G2,G1=2F=2G2,故選B.
例4 如圖4,用滑輪組勻速拉動(dòng)水平面上的物體,若所用的拉力F為10 N,物體受到的摩擦力是多大?
分析: 根據(jù)一根繩子力相等,動(dòng)滑輪對(duì)物體產(chǎn)生3F的拉力.又因物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),則物體受到的摩擦力與3F平衡,所以f =3F=30 N.
例5 如圖5所示的裝置中,當(dāng)人用力向右拉滑輪時(shí),物體A恰能勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為3 N,忽略滑輪、繩與測(cè)力計(jì)重及滑輪與軸間的摩擦,則人的拉力F為().
A. 3 NB. 4 NC. 6 ND. 8 N
分析: 依據(jù)一根繩子所受拉力相等,彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)動(dòng)滑輪的拉力及物體對(duì)動(dòng)滑輪的拉力都等于3 N,又因動(dòng)滑輪做勻速直線運(yùn)動(dòng),水平方向上受力平衡,所以F=2 f =2×3 N=6 N.
例6 用如圖6所示的裝置勻速拉起重為G的物體(不計(jì)摩擦、滑輪重及繩重),求拉力F與G的關(guān)系.
分析: 依據(jù)一根繩子力相等,滑輪兩邊力平衡,在圖中標(biāo)出各繩子所受拉力(圖略),有4F=G,所以,F(xiàn)=G.
例7 如圖7,動(dòng)滑輪重5 N,物體G的重力為15 N,用力F使物體勻速上升,求所用力F的大?。ú挥?jì)摩擦).
分析: 根據(jù)同一根繩子受力相等,標(biāo)出各繩子所受力(圖略),以滑輪為研究對(duì)象,再依據(jù)滑輪在豎直方向受力平衡,有
F=2G+G0=2×15 N+5 N=35 N.
例8 如圖8所示,在忽略滑輪自重和摩擦的情況下,當(dāng)滑輪平衡時(shí),拉力F=______G.
分析: 根據(jù)每個(gè)滑輪上繩子所承受力的特點(diǎn),在圖上標(biāo)出每一股繩子所承受力的大小(圖略),可得物體受到的總的拉力是7F,又因物體處于平衡狀態(tài),所以有7F=G,即F=G.