[科普中国]-定滑轮

使用滑轮时，轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮不省力，例如2N=2N，但是可以改变力的方向。属于滑轮原理的应用，和机械功的讨论。实质上是动力臂等于阻力臂的杠杆。

定滑轮简介定滑轮的中心轴固定不动。定滑轮的功能是改变力的方向，但不能省力。当牵拉重物时，可使用定滑轮将施力方向转变为容易出力的方向。使用定滑轮时，施力牵拉的距离等于物体上升的距离，不能省力也不费力。绳索两端的拉力相等，所以，输出力等与输入力，不计摩擦时，定滑轮的机械效率接近于1。

历史关于滑轮的绘品最早出现于一幅西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。早在西元前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，亚里士多德在著作《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，亚历山卓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。1

定滑轮介绍定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L1、阻力臂L2都等于滑轮半径。根据杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力和不省距离的结论。像旗杆顶部的滑轮那样，固定在一个位置转动而不移动的滑轮叫定滑轮。

定义：使用滑轮时，轴的位置固定不动的滑轮，称为定滑轮。

根据杠杆定理可得，定滑轮的实质是一个等臂杠杆，使用定滑轮可以改变用力的方向，但是使用定滑轮不能省力，不可以省距离。

定滑轮的作用是改变力的方向目的和要求。

定滑轮实验实验器材演示滑轮组（J2121型），测力计二个，钩码，细绳及支架。 它的作用是改变用力方向，不象动滑轮是只改变力的大小，不改变力的方向。

实验步骤1、取一单滑轮固定在方座支架上，构成一个定滑轮。用细绳跨过滑轮，细绳的一端挂上钩码作为阻力，钢绳的另一端挂一测力计。

2、用手竖直向下匀速拉测力计，当滑轮平衡时，观察测力计，眼睛平视读数。

3、改变测力计拉力的方向（水平、斜向下、向下），当滑轮平衡时，记下各测力计的读数。

4、改变所挂钩码的重量，重复三次上述实验，并记下各次测力计的读数。

5、分析实验数据得出的结论：使用定滑轮不省力，但是可以改变力的方向。1

定滑轮的优缺点定滑轮，物理上给它的你定义是轴的位置固定不变的滑轮。定滑轮在使用的时候虽然它不可以省力，但是它可以改变我们力的方向，同样它也费距离。

定滑轮就是一种固定不动的滑轮，它的固定并不是简单的固定不动，而是滑轮的中心轴固定不动。定滑轮的主要优点就是可以改变力的方向，当我们使用定滑轮来拉取一个很重的物体的时候，并不是很好用力，但是我们可以通过一个定滑轮来将力的方向改变为我们很好用了的方向，这样就很容易拉动重物了。定滑轮的缺点就是不能够省力。也就是说，我们使用定滑轮所用的力气和不适应定滑轮所用的力气是一样的。但是我们可以通过一个简单的滑轮组来克服它的缺点。

定滑轮原理杠杆及其平衡原理杠杆是人们生活和生产中常用的一种简单机械，是在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒。杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。

杠杆的平衡原理：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1L1=F2L2（如图1所示）2

定滑轮与“差动滑轮”滑轮是一个周边有槽，能够绕轴转动的小轮。滑轮是一种变形的杠杆，属于杠杆类简单机械，用途很广。

定滑轮的本质是等臂杠杆，动滑轮的本质是动力臂等于阻力臂两倍的杠杆。

工厂里有一种特殊结构的滑轮，叫做“差动滑轮”（俗称“神仙葫芦”），它由两个直径相差不多且固定在一起的定滑轮和一个动滑轮组成，其示意图如图3所示。有了它，只需一个人就可以缓缓吊起或移动很重的物体。

省力原理下面用杠杆的平衡原理解释“差动滑轮”的省力原理（如图4所示）。

设重物的重力为G，人对链索的拉力为F，“差动滑轮”的大轮半径为R、小轮半径为r，绕过动滑轮的两段链索对定滑轮的拉力相等，且等于G的一半，即F′=G。那么

FR+F′r=F′R

F=F′=G

只要两个定滑轮的半径r和R相差很小，就可以用很小的拉力吊起很重的物体，达到省力效果。1

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学