物理简单机械是指利用力学原理设计的简单装置,主要用于改变力的大小、方向或省力。以下是主要分类及特点:
一、杠杆
定义
在力的作用下能绕固定点转动的硬棒称为杠杆,支点是杠杆转动的固定点。
五要素
支点(O):转动固定点
动力(F1):使杠杆转动的力
阻力(F2):阻碍转动的力
动力臂(l1):支点到动力作用线的距离
阻力臂(l2):支点到阻力作用线的距离
平衡条件
动力×动力臂=阻力×阻力臂(F1L1=F2L2)
分类
省力杠杆 :L1>L2,F1<F2(费距离)
费力杠杆 :L1<L2,F1>F2(省距离)
等臂杠杆 :L1=L2,F1=F2(不省力)
应用
铁汤匙开盖(省力杠杆)
-镊子(费力杠杆)
二、滑轮
定滑轮
轴固定不动,实质为等臂杠杆,改变力的方向但不省力
动滑轮
轴随物体移动,动力臂是阻力臂两倍,省一半力但不改变方向
滑轮组
动滑轮与定滑轮组合,兼顾省力和改变方向,省力程度与绳子股数n相关(F=1/n(G物+G动轮))
机械效率
总功W总=有用功W有+额外功W额,效率η=W有/W总<1
三、斜面
定义
允许物体沿倾斜面移动的简单机械,可省力并改变力的方向
特点
斜面越长越省力,但移动距离增加
实际应用:盘山公路、楼梯等
四、其他简单机械
轮轴 :通过轮子转动实现省力(如方向盘、水车)
螺旋 :如螺丝、螺旋桨,通过旋转实现直线运动
齿轮 :改变转速和扭矩,常用于机械传动
五、功与机械效率
功的计算 :W=Fs(力与位移的乘积)