戴鼎力

摘 要：定滑轮属于一种十分简单的机械结构，但所涉及的内容较多，包含很多机械原理，与物理力学知识有着十分紧密的关联。本文对定滑轮内所涉及的力学原理进行分析研究，以此能够对定滑轮有着更加全面性的了解。

关键词：定滑轮；静摩擦力；功能原理

任何物理教材几乎都会提到定滑轮，例如在初中物理教材内，与定滑轮有关的内容就是力方向的改变，在高中物理教材内，定滑轮是力学应用的代表性案例。但是大多数物理教材对于定滑轮并没有进行较为系统性的分析研究。定滑轮也被称之为阿特伍德机，在实际运行过程中所涉及的物理原理较多，例如刚体绕定轴转动与静摩擦力等等，物理力学方面的知识点几乎全部包含在内。

1 定滑轮在某一运动状态下的力学解释

定滑轮具有较多的类别，其中最具有代表性的就是一个固定的轮轴，在轮缘的位置应用一个绳子，绳子两端分别连接一个物体，具体结构如图1所示。

从加速度角度对物体进行分析研究，绳子上端的两个物体之间所具有的张力不同，但是物体张力并不是作用在定滑轮上面，而是作用在绳子上面，这样也就表示两个物体所具有的力矩并不是作用在轮子上面，轮子角动量并不会发生任何改变。对于定滑轮所具有的加速度，必须进行合理的解释。要是将定滑轮看成是一个整体，定滑轮左端物体所具有的力矩如果作用在该体系上面，所产生的角动量就应该是相同的。正常情况下，绳子所产生的角动量几乎都可以忽略不计，也就是说体系所具有的角动量就是定滑轮所具有的角动量。

对于定滑轮结构示意图还有一种解释方式，这种解释的方式涉及了滑轮在运行过程中的动力，动力是定滑轮能够进行加速转动的主要动力，但是定滑轮与绳子之间具有摩擦力，摩擦力矩也就是定滑轮在进行加速度运行过程中所具有的力矩[1]。

2 定滑轮研究过程中容易出现的问题

笔者在对定滑轮力学性能分析研究之后发现，绳子与定滑轮之间所具有的摩擦力应该参与到计算之中，但是在很多研究过程中常常将二者之间所具有的摩擦力忽略不计。例如在某些物理教材内，为了能够让学生对定滑轮在运行过程中所具有的力学情况更加容易掌握，就将绳子与定滑轮之间所具有的摩擦力规定忽略不计，实际上也就是说定滑轮绳子两端所具有的张力相等，这种情况实际上具有一定矛盾性。如果绳子与定滑轮之间并不具有摩擦力，也就是绳子是与光滑杆子相接触，这样定滑轮根本就没有发展运动，所以说定滑轮与绳子之间一定会存在摩擦力。定滑輪的运行方式之所以称之为滑动，主要原因是由于滑轮与轴承之间是没有摩擦力的。滑轮之所以被称之为滑轮，主要原因是由于轮轴之间较为光滑。定滑轮轮子所具有的质量较小，所以质量就可以忽略不计，在这样情况之下，定滑轮两端所具有的张力也就基本相同。与此同时，还需要特别注意的就是，绳子与定滑轮边缘之间并没有任何相对性滑动，则所具有的摩擦应该为静摩擦力，也就是绳子与定滑轮轮子之间的摩擦力数值应该是力学平衡因素所表现，并不应该将摩擦力看成是最大静摩擦力[2]。

3 动滑轮在运动过程中的能量转换

定滑轮在实际运行过程中所涉及的作用力较多，任何一个作用力在定滑轮运行过程中都需要做功，作用力在做功过程中就会涉及能量的转化及传递，所以定滑轮在功能方面所具有的关联也十分复杂。假设定滑轮在静止状态之下，左端物体进行向下运行，在这个时候绳子所具有的张力向上，功率计算过程中公式为：，公式中v表示的是物体速率。要是相对于右端物体来说，绳子的作用力应该是向上的，张力所做的功应该是正功，但是重力所做的功是负功，这个时候能量转化公式为：，公式内v表示的是右端物体速率[3]。

在这个过程中还需要特别注意，定滑轮虽然在运行状态下具有较多作用力，但是基本上全部都是定滑轮系统内的作用力，其中仅重力是属于系统外的作用力，这样也就表示除重力以外的作用力都是成对的。同时，作用力与反作用力在定滑轮运行过程中所产生的功全部都是相同的，则定滑轮系统做功为0。简而言之，外力在对于定滑轮体系做功的时候，就是提高定滑轮体系所具有的能量，力学有关知识理论都能够在定滑轮体系内应用。但是在这个时候需要将物体与定滑轮轮子之间的势能忽略不计，这样定滑轮的机械能也就是定滑轮的动能。

4 结论

定滑轮虽然所具有的机械结构十分简单，但是其所包含的物理知识点却较多，在对于定滑轮的力学原理了解之后，对于力学知识点的了解也能够显著提高，进而提升学习成绩。

参考文献

[1]姜占东，杨阳.基于力学原理对石槽村煤矿主井胶带输送机机尾拉紧装置改造[J].科技信息，2013，（3）：152，164.

[2]蒋平.讲出有个性的大学物理力学课[J].物理与工程，2016，（2）：3-9.

[3]王海东，杨炳恒，毕玉泉，等.MK7-3型拦阻装置缓冲系统动力学分析[J].舰船科学技术，2011，（3）：141-143.

（作者单位：复兴中学）