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滑轮(pulley)是可以绕着中心轴旋转的圆轮。在圆轮的圆周面具有凹槽,将绳索缠绕于凹槽,用力牵拉绳索两端的任一端,则绳索与圆轮之间的摩擦力会促使圆轮绕着中心轴旋转。按滑轮中心轴的位置是否移动,可将滑轮分为“定滑轮”、“动滑轮”[1];定滑轮的中心轴固定不动,动滑轮的中心轴可以移动。滑轮主要的功能是牵拉负载、改变施力方向、传输功率等等。多个滑轮共同组成的机械称为“滑轮组”,或“复式滑轮”。滑轮组的机械利益较大,可以牵拉较重的负载。滑轮也可以成为链传动或带传动的组件,将功率从一个旋转轴传输到另一个旋转轴。

历史

关于滑轮的绘品最早出现于一幅公元前八世纪的亚述浮雕。这浮雕展示的是一种非常简单的滑轮,只能改变施力方向,主要目的是为了方便施力,并不会给出任何机械利益。在中国,滑轮装置的绘制最早出现于汉代的画像砖、陶井模。在《墨经》里也有记载关于滑轮的论述。

古希腊人将滑轮归类为简单机械。早在公元前400年,古希腊人就已经知道如何使用复式滑轮了。大约在公元前330年,亚里斯托德在著作《机械问题》(《Mechanical Problems》)里的第十八个问题,专门研讨“复式滑轮”系统。阿基米德贡献出很多关于简单机械的知识,详细地解释滑轮的运动学理论。据说阿基米德曾经独自使用复式滑轮拉动一艘装满了货物与乘客的大海船。西元一世纪,亚历山大的希罗分析并且写出关于复式滑轮的理论,证明了负载与施力的比例等于承担负载的绳索段的数目,即“滑轮原理”。

1608年,在著作《数学纪要》(《Mathematical Collection》)里,荷兰物理学者西蒙·斯特芬表明,滑轮系统的施力与负载之间移动路径的长度比率,等于施力与负载之间的反比率。这是雏型的虚功原理。

1788年,法国物理学者约瑟夫·拉格朗日在巨著《分析力学》(《Mécanique analytique》)里,使用滑轮原理推导出虚功原理,从而揭起了拉格朗日力学的序幕[2]

视频

动滑轮与定滑轮

滑轮的定义及分类

参考文献

  1. 起重作业中滑轮的功能,国联资源网,2014-9-20
  2. 滑轮、轮轴与齿轮,道客巴巴,2016-7-31