滑輪

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介紹

滑輪通常被認為是簡單的機械裝置，用於在建築工地或佈景設計中搬運或提升重物。滑輪是一種邊緣帶有凹槽的輪子，用於固定纜繩或電線。提升重物所需的力與在沒有滑輪的情況下將重物提升到相同高度所需的功相當。這裡力的大小減小了，但作用距離會更大。根據承載能力、尺寸和機械優勢，滑輪可以分為幾種型別。

什麼是滑輪？

滑輪通常像槓桿一樣放大力。這是一種簡單的機械裝置，由一根固定在支點（即樞軸點）上的杆或長梁組成。槓桿的支點處連線著負載，然後施加作用力。為了提升或移動任何材料，所使用的滑輪與槓桿的工作原理相同。有時滑輪有助於拉動材料，但實際上並沒有移動它們 (Pla Pueyo, 2017)。

它通常用於減少移動負載所需的力。所有滑輪都能提供機械優勢，但較長的滑輪能提供更大的機械優勢。它們還可以用於在一端施加大的力作用於短距離，而在另一端施加小的力作用於長距離。

滑輪：工作原理

就像槓桿有助於在更遠的距離搬運或提升重物一樣，滑輪也遵循同樣的原理。槓桿可以用於各種用途，例如提升重物、拔出嵌入木材中的釘子，甚至切割物體。滑輪可用於電梯、百葉窗、健身器材、伸縮梯和車庫門。在船舶上，滑輪用於升降帆，同樣的原理也用於劇院的幕布。

圖1：滑輪的工作原理

滑輪由兩個主要部件組成：凹槽和繩索。滑輪主要是一個依靠凹槽執行的輪子，繩索、皮帶或電纜在該凹槽內執行，以在較遠的距離提升重物 (Maulana et al. 2020)。滑輪的工作原理強調，當重物連線到滑輪的一端並向下拉時，繩索的另一端向上拉。因此，力的方向從向下變為向上。

不同型別的滑輪

滑輪通常被認為是簡單的機械裝置，其工作原理與槓桿相同。滑輪改變了提升重物和輕物時所施加的作用力的方向。在佈景設計和建築工程中使用的兩種主要型別的滑輪如下所述：動滑輪和定滑輪。

定滑輪

當滑輪鉸接在固定狀態的支撐物上時，它被稱為定滑輪。與動滑輪一樣，定滑輪不能上下移動，但可以在其輪緣或圍繞固定的樞軸旋轉。

圖2：定滑輪

動滑輪

動滑輪可以上下移動，並透過相同長度的繩索連線到物體或天花板上。動滑輪的主要例子包括電梯、建築起重機和健身房的舉重裝置 (Persson, 2020)。與定滑輪一樣，這些滑輪也能在其輪緣旋轉。

圖3：動滑輪

滑輪的部件

滑輪用於減少日常生活中提升重物所需的力。滑輪包含幾個部件來幫助進行提升工作。這些部件包括軸或軸心、繩索、在凹槽內執行的電纜或皮帶，以及主要部件輪子。滑輪上的凹槽是在表面上製造的狹窄而長的切口 (de Oliveira et al. 2018)。鉸鏈是將兩個部件連線在一起的接頭，以便一個部件可以相對於另一個部件擺動。樞軸是滑輪旋轉或平衡的中心或銷。所有這些部件都提供了改變方向和施力點的優勢，並使提升負載的過程更容易。

結論

單個定滑輪通常僅用於改變作用力的方向。另一方面，單個動滑輪用於減少所需的輸入力。定滑輪的工作原理與槓桿相同，只能改變力的方向，而不能改變力的大小。這裡的輸入力等於輸出力，機械優勢為1。滑輪通常用於從井中汲水。為了提升重物，起重機可以使用這些滑輪。各種滑輪的組合可以在短時間內完成更大更復雜的任務。

常見問題

Q1. 在物理學中，滑輪是什麼意思？

在物理學中，滑輪被定義為一種簡單的機械裝置，在其輪緣上連線有繩索、電線或電纜等撓性元件的輪子。滑輪可以單獨或組合使用以傳遞運動或能量。

Q2. 定滑輪的例子有哪些？

如果滑輪鉸接在固定的支撐物上，則稱為定滑輪。這種滑輪不能像動滑輪那樣上下移動，但可以旋轉。定滑輪的一個例子是旗杆。

Q3. 動滑輪的例子有哪些？

如果滑輪可以靈活地向上和向下移動重物，則可以將其稱為動滑輪。動滑輪的例子包括現代電梯和健身房的舉重裝置。

Q4. 滑輪的缺點是什麼？

滑輪在傳遞運動時會使用摩擦，因此存在打滑的可能性。滑輪不適用於輪緣高速下的大功率傳輸。