常见的简单机械有什么:基础分类与用途
常见的简单机械有什么,物理学中将其归纳为杠杆、滑轮、斜面、轮轴、定滑轮、动滑轮、螺旋这六种基础类型,它们的核心作用是改变力的大小或者力的方向,无法凭空创造能量,适合初中物理学习、生活工具识别,不包含内燃机、齿轮组这类由多种简单机械组合而成的复杂机械,使用时要留意省力的简单机械通常会增加移动距离。
简单机械的类型与原理
杠杆依靠支点、动力点、阻力点三个结构工作,依据力臂长短分为省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。撬棍、钢丝钳属于省力杠杆,动力臂大于阻力臂,能减小发力大小;筷子、镊子属于费力杠杆,动力臂小于阻力臂,省力效果弱,但可以让末端移动更大距离;天平是典型的等臂杠杆,动力臂和阻力臂长度相等,不省力也不费力,多用于物体质量称量。
滑轮分为定滑轮与动滑轮两类,二者组合可以构成滑轮组。定滑轮固定在支架上,不会随重物移动,不能省力,但可以改变拉力方向,旗杆顶部的滑轮就是定滑轮。动滑轮会跟随重物一起升降,能够减少拉力大小,却无法改变力的方向,单独使用动滑轮会多耗费绳子拉动距离。滑轮组同时具备两种滑轮的特点,既能省力,也可以调整拉力方向,起重机吊重物的装置就用到滑轮组。
轮轴由半径大小不同的轮和轴固定在一起同步转动,轮转动时带动轴一起旋转。方向盘、门把手、水龙头旋钮都属于轮轴,在轮上施加较小的力,就能在轴上产生更大的作用力,轮的直径相比轴越大,省力效果越明显。
斜面是倾斜的平面,把重物抬升到同一高度时,斜面越长,需要的推力就越小。货车装卸货物使用的斜坡、盘山公路都是斜面,斜面省力的代价是需要移动更长路程。螺旋可以看作绕在圆柱表面的斜面,螺丝、千斤顶都属于螺旋,旋转螺旋时,斜面结构持续产生向上的推力。
简单机械对比表
| 机械种类 | 省力情况 | 能否改变力方向 | 生活实例 |
|---|---|---|---|
| 杠杆(省力) | 省力 | 可以 | 撬棍、钢丝钳 |
| 定滑轮 | 不省力 | 可以 | 旗杆滑轮 |
| 动滑轮 | 省力 | 不可以 | 简易吊具 |
| 斜面 | 省力 | 不可以 | 装卸斜坡 |
| 轮轴 | 省力 | 可以 | 门把手 |
简单机械不创造能量。
在实际场景中,简单机械工作时会受到摩擦力影响,实际输出的有用功会小于输入的总功,机械效率数值始终小于1,初中物理课程的实验测量中,一般会通过弹簧测力计测量拉力大小,计算对应的机械效率,该实验内容参考人教版初中物理八年级下册教材。
单一简单机械只能完成单一力学变换,日常工具大多是多种简单机械组合而成。剪刀主体是杠杆,部分剪刀的转轴配合轮轴结构;手摇钻同时包含轮轴与螺旋结构,识别这类复合工具时,需要拆分结构,判断内部包含哪几种基础简单机械。
判断一件物品是否属于简单机械,核心判定标准是该装置只能依靠基础力学结构改变力,不能自带动力源。电钻内部有电机,属于动力机械,即便内部包含螺旋、轮轴结构,整体也不属于简单机械。
