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历史上的今天:斜面与其省力的原理是什么?

更新时间:2024-04-07 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

倾斜是一种简单的机器,可以用来克服垂直提升重物的困难,省力但消耗距离。 距离比和力比都取决于倾角:斜面与平面的倾角越小,斜面越长,省力越大,但会浪费距离。u3s物理好资源网(原物理ok网)

中国战国时期,墨子所著的《墨子》一书中也描述了斜面的原理及其省力。 1u3s物理好资源网(原物理ok网)

斜面是古希腊人提出的六种简单机械之一。 亚历山大的帕普斯( of ,290-350)在其著作《数学》(《》)第八卷中试图分析斜面上的重量平衡问题。 他似乎是古希腊唯一一位进行此类研究的几何学家。 他的方法虽然不正确,但却给后世学者很大的启发。 欧洲物理学家尼莫乔丹努斯( of Nemo)的一位不知名的学生在 13 世纪写了《乔丹努斯关于重量理论的书》。 这本书后来于1565年印刷。在这本书中,首先应用乔丹努斯最初的“位置引力”概念( , sitem)给出了正确答案。 1608年,西蒙·斯特芬出版了《数学笔记》(《数学笔记》)一书,对这个问题给出了正确而精彩的分析,后面会更详细地介绍。 伽利略还花了很多时间找出问题的出处,并使用不同的方法得出正确的答案。u3s物理好资源网(原物理ok网)

概念分析 斜面与平面的倾斜角度越大、斜面越短,省力就越省,但距离也省。 斜面在日常生活中应用广泛,如蜿蜒的山路、运输滚筒、倾斜的输送带等。在不计算任何阻力时,斜面的机械效率为100%。 如果摩擦力很小,则可以实现非常高的效率。 即F2代表力,s代表斜坡长度,h代表斜坡高度,物体的重量为G。在不考虑无用阻力时斜面机械效率公式的应用,根据做功原理,可得求得:F2s=Gh。u3s物理好资源网(原物理ok网)

飞机是一块倾斜的平板,可以用相对较小的力将物体从较低的地方提升到较高的地方,但提升物体的路径长度也会增加。 斜面是古希腊人提出的六种简单机械之一。 斜面的斜率越小,即斜面与水平面的夹角越小,则需要施加在物体上的力就越小,但移动的距离就会越长; 反之亦然。 假设移动负载时没有存储或消耗能量,则斜坡的机械效益是其长度与提升高度的比率。 2u3s物理好资源网(原物理ok网)

在日常生活中,经常使用斜面。 供车辆行驶的坡道为普通斜面; 卡车装载大件货物时,常常在卡车后部斜放置一块木板,将货物从木板上向上推。 斜面理论也被应用。 3u3s物理好资源网(原物理ok网)

受力情况:静止在斜面上的物体受到这些力:物体自身的重力(G)、斜面的支撑力(F支)、物体上的摩擦力(f静)等。知道了斜面的倾角和物体的重力,我们就可以求出另外两个力:u3s物理好资源网(原物理ok网)

斜面机械效率公式的应用u3s物理好资源网(原物理ok网)

假设斜面的倾角为θ,其他同上斜面机械效率公式的应用,那么我们将重力分解为沿斜面垂直线(F1=F分支)向下的力F1和平行于斜面垂直线的向下的力F2到斜面。 (当物体静止在斜坡上时,F2=f。注意,这里施加力的物体是地球,而不是斜坡上的物体)。 建立平行四边形后,我们可以看到重力边与F2的夹角为90-θ,因此:u3s物理好资源网(原物理ok网)

此时物体在斜面上所施加的摩擦力(F静力)就等于F2。 我们还可以推导出F1的大小:u3s物理好资源网(原物理ok网)

因此,当力(途中的Fl)将物体以平行于斜面的匀速向上拉时,我们有(fm代表物体上的动摩擦力,μ为滑动摩擦因数):u3s物理好资源网(原物理ok网)

我们有:u3s物理好资源网(原物理ok网)

因此,拉力的值为:u3s物理好资源网(原物理ok网)

分类 从山顶到山脚的倾斜面称为斜坡,也称为斜坡或山坡。 明确地图上斜坡的具体形状,对于定向运动有一定的价值。 斜坡按形状可分为:地面坡度基本相同的斜坡称为均匀斜坡,所有斜坡均可观看。 在地图上,从山顶到山脚的一组近似等距的等高线用均匀的坡度表示。u3s物理好资源网(原物理ok网)

凸斜角u3s物理好资源网(原物理ok网)

顶部缓坡、底部陡坡的斜坡称为凸坡,有的区域看不到。 地图上,从山顶到山脚,间隔是一组上疏下密的等高线,用凸坡表示。u3s物理好资源网(原物理ok网)

凹坡u3s物理好资源网(原物理ok网)

斜面机械效率公式的应用u3s物理好资源网(原物理ok网)

上陡下缓的斜坡称为凹坡,所有坡度都是可见的。 地图上,从山顶到山脚,间隔是一组上密下疏的等高线,用凹坡表示。u3s物理好资源网(原物理ok网)

波浪坡度u3s物理好资源网(原物理ok网)

坡度交叉变化、陡峭缓缓不一、地面呈波浪状的不规则斜坡称为波浪坡,有的地区看不到。 在地图上,代表该坡度的等高线间隔稀疏且不规则。u3s物理好资源网(原物理ok网)

日常生活中使用的螺钉的应用就是斜角原理的最好体现。 其他还有金字塔、楼梯、登机桥、电梯、蜿蜒的道路等。u3s物理好资源网(原物理ok网)

机械效率公式 对于一般的斜面,如果不计算阻力,根据做功原理,斜面的斜率u3s物理好资源网(原物理ok网)

斜面机械效率公式的应用u3s物理好资源网(原物理ok网)

机械效率是100%,但不可避免地存在一些阻力,例如摩擦力和空气阻力。 接下来我们使用摩擦力来计算机械效率。 我们用θ表示斜坡的倾斜角度,G表示物体的重量,Fl表示拉力,fm表示摩擦力,μ表示斜坡的摩擦系数,s表示长度h代表斜坡的高度,Wy代表有用功,Wz代表总功,We代表附加功,F2为沿斜坡向下移动的分力。 这些都在“势力情况”部分提到过。u3s物理好资源网(原物理ok网)

则其机械效率为:u3s物理好资源网(原物理ok网)

因为我们有:u3s物理好资源网(原物理ok网)

斜面机械效率公式的应用u3s物理好资源网(原物理ok网)

,和u3s物理好资源网(原物理ok网)

(根据工作原理),可得:u3s物理好资源网(原物理ok网)

因为我们有:u3s物理好资源网(原物理ok网)

,这样就可以得到:u3s物理好资源网(原物理ok网)

(适用于匀速拉动平行于斜面的物体)u3s物理好资源网(原物理ok网)

这就是斜面的倾角和摩擦系数已知时的机械效率公式。u3s物理好资源网(原物理ok网)

衍生机械坡道使用可移动坡道轻松地将货物装载到封闭的卡车上或从封闭的卡车上卸载。 滑梯是儿童游乐场所常见的设施。 工业滑梯利用滑梯硬面的法向力抵抗重力,可以安全快速地将易碎物体(包括人体)从高处滑向低处。 民用飞机上的充气逃生滑梯允许乘客在飞机出口紧急疏散时滑落至地面。u3s物理好资源网(原物理ok网)

螺旋 螺旋是围绕圆柱体斜面形成的简单机器。 阿基米德螺旋机是古希腊哲学家阿基米德的众多发明和发现之一。 从那时起,人们经常使用阿基米德螺旋来移动许多不同类型的物质,例如水、矿物质、谷物等。 4u3s物理好资源网(原物理ok网)

楔子 楔子是一种简单的机器,由两个背靠背的斜面组成。 楔子可用于分离物体。 其主要工作原理是将作用在楔块上的向下的力转换成作用在物体上的水平力,并且这两个力几乎是垂直的。 应用楔子原理的常用工具包括轴。u3s物理好资源网(原物理ok网)

摆锤是由绳子和摆锤组成的实验仪器。 摆锤的运动轨迹是一条对称向上的圆弧。 这条圆弧可以分为许多小圆弧,每两个相邻的小圆弧最多只相交一个端点。 连接每个小圆弧两个端点的线段称为弦。 每个和弦都可以被视为一个斜角。 通过将分割数增加到无穷大,每个小弧的弧长趋于无穷小极限,得到的无穷多个小弧对应的斜率将形成原始弧。 因此,在任何时刻,单摆的摆锤都可以被认为是在具有特定斜率的斜面上运动。u3s物理好资源网(原物理ok网)

本条目内容的贡献者是:u3s物理好资源网(原物理ok网)

尚华娟 - 上海财经大学副教授u3s物理好资源网(原物理ok网)

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