这似乎是众所周知的初中物理知识吧？
但今天，一个初二的孩子带来了一个有趣的问题。
他首先问：“滑轮”这个词是指它的表面光滑，还是指它是一个转动平稳的轮子？
我：废话，当然是后者了！滑轮一定是可以转动的轮子，而且轴上涂有油脂，所以转动起来非常顺畅。
他又问：既然滑轮的作用只是改变力的方向，那么能不能转动就无所谓了！那么如果没有轴怎么办？
我：我能说什么？如果它不能转动，你怎么能拉它呢？
他说：只要你在它的表面涂上油，绳子和滑轮就够光滑了，你就能拉它了！
我：按你的说法，滑轮确实不需要轮子。用表面光滑的东西来代替就可以了！
他：是的，我就是这个意思！
我：哦，对了！但是——
我犹豫着要不要说话，是啊！他说的似乎是对的。
我想了想，说道：嗯，我知道了！
我继续说：如果轮子的表面完全光滑，那么任何物体都可以用来代替轮子并改变力的方向。但！你可知道？想要顺利就很难了！尤其是在现实中，任何一个轮子就足够了，但现在你必须找到一种方法让表面变得光滑。这花费很大吧？
他迫不及待：那你说滑轮转动光滑，轴不是也需要光滑吗？这是一个很小的代价吗？
我：哦，这个问题我先想一下。
见我陷入沉思，他在一旁并没有停下来：是不是表面积更大，需要更多的润滑剂？
哎呀，这家伙真是步步紧逼啊！我必须从不同的角度来对待他。
于是我问他：作为机器，为什么定滑轮不省力？因为它是等臂杠杆，对吗？
他突然显得更有兴趣了：这就是我今天想问的问题。我感觉如果滑轮不是通过旋转来工作的，那它就不是等臂杠杆！
他很快说道：你看，如果轮子表面光滑，绳子又轻，没有摩擦力，那么绳子各处的拉力就会相等。这样可以保证两侧的拉力相同。肌肉臂是什么并不重要！你怎么认为？
说完，他有些骄傲地看着我。
我：既然叫简单机械，那应该是有一些机械原理的。例如，一个旋转的轮子就像一台机器。如果它不旋转，我就不认为它是机器，因为它甚至没有杠杆臂！
他看起来不太满意，但示意我继续。
我：杠杆是最基本的机械模型。其机械原理是杠杆平衡的条件。滑轮也是根据这个原理工作的。
他点点头。
我继续说：所以，当你说的是绳子在轮子表面滑动的情况时，轮子其实就相当于一根杆子，或者任何其他物体，只要表面光滑，就是错误的使用定滑轮！
他说：嗯，我差不多明白了。总之，从物理上约定，定滑轮的轮子绕轴旋转，其旋转轴为支点。由于力臂等于半径，所以力臂相同，从而形成等臂杠杆。
他顿了顿，说道：但是，如果我的定滑轮的旋转轴不在轮子的中心，或者轮子本身不是圆形的，那么它就不是等臂杠杆。
我：对啊！
他继续说道：但是我还有一个问题。我们常说轮子的质量不重要。为什么我们需要提出这个要求？
我：其实对于定滑轮来说，这个要求一般不需要提。仅对动滑轮有要求，因为当动滑轮有质量时，机械效率会降低。毕竟，需要额外的力量才能将其拉起.
他立即说道：住手！ “一般不需要提及”是什么意思？我什么时候需要提出这个请求？
我：哦，这个我可以。简单来说就是因为——如果轮子有质量的话，有时会消耗一部分力，从而使绳子两侧的拉力不再相等。
他说：有时？什么时候？
我：如果是匀速旋转的话，大多数情况下，即使轮子有质量，也不会导致两侧的力不同。所以说“一般不用提”就是这个意思。但如果轮子加速，即当你拉绳子的速度更快时，轮子的质量就会导致两侧的拉力不再相等。
他问：这么复杂，这是什么理论？
我：这个属于刚体力学。简单地说，车轮有质量就意味着它有惯性。如果让它加速旋转，就需要一个外力，准确的说是一个扭矩，所以两侧的拉力必须有差异，才能提供扭矩所需的那部分力。
见他不太明白，我又补充道：根据牛顿第一定律，物体有惯性。如果它们的运动状态发生变化，就需要受到外力的作用。轮子最初以一定的速度旋转。现在你想让它在绳子的摩擦力下加速，这相当于改变它的状态。那么你就必须给它提供一个额外的功能。
他点点头：就像直线运动有加速度一样，旋转也有加速度吧？
我连忙说：是啊是啊！加速度有两种类型。您听说过的实际上称为线性加速度，而旋转加速度称为角加速度。事实上，惯性也有两种，平移惯性和旋转惯性，分别是质量和旋转惯性；并且效果也有两种。你熟悉的一种叫做力，还有一种叫做扭矩。
他一听，惊呼：力产生加速度，力矩产生角速度，对吗？
我竖起大拇指：对啊！完全正确！牛顿第二定律指出，加速度和质量的乘积等于净外力；同样，角加速度和转动惯量的乘积等于净外力矩！
我继续补充：当然，如果没有加速旋转，此时两侧的拉力就会相等，因为不需要扭矩来维持轮子的加速旋转。
他又一脸若有所思的样子：我想回到之前的问题——：为什么滑轮的“滑差”是指轴的“滑差”？因为我们将滑轮定义为具有坚固手臂的机器。这似乎只是一个理论上的规则。正确的？
我：是的，但不完全是理论上的规则。
他接着说：问题是，在实际应用中，滑轮表面光滑不好吗？与——改变力方向的作用相同。那么在现实中，为什么这种所谓的表面光滑的滑轮并没有得到广泛的应用呢？
我笑道：嗯，刚才和你讨论的时候，我想到了这个问题的答案！
他微微一愣：哦，真的！太好了，我想知道！
我：首先，轮子表面润滑一定很困难，因为绳子在轮子上来回拉动，弄脏了轮子，把油带走了。正如您之前所说，润滑的费用一定非常昂贵。油！轴上的润滑就简单多了，一点油就可以用很长时间。
他笑道：这不是理由吗？
我笑着说：不不不，这只是客观原因之一。还有更深刻的生理原因！但也许你目前的数学知识还不足以完全理解。
他：没关系，你想说什么就告诉我吧，我大概会明白的。
我说：如果绳子紧紧地缠绕在物体表面，就会产生很大的摩擦力。看下面的图片。人们只需要很小的力量就可以防止重物坠落。其背后的原因是摩擦力大。
我继续说：这条规则被广泛利用。例如，人们晒被子时，习惯将绳子绕在柱子上好几圈。又如，船夫靠岸时，会将绳子绕在桩上几圈，以稳定船。
他：确实是这样。那么它涉及到什么理论呢？
我说：经过仔细的力学分析，你会发现，如果拉动一根绕在物体表面的绳子，绳子与物体之间的最大静摩擦力与绳子转动的角度呈指数关系。这就是欧拉摩擦力。力的公式，具体是这样的（我把公式写在纸上）
见他有些困惑，我解释道：这里是绳子一端的拉力，是摩擦系数，是最大静摩擦力。
他点点头：所以，当旁路的角度很大时，摩擦力会很大，所以另一端根本拉不动，对吗？
我拍手：是啊！这就是这个意思，因为当系统处于临界状态时，两端之间的张力差等于最大静摩擦力。既然最大静摩擦力这么大，说明另一端拉动绳子的力非常大！如果你的轮子不能转动，绳子可能根本就拉不动它！
他：哦！就是这样，这意味着依靠轮子上滑动的绳索来工作是不现实的！所以定滑轮必须通过旋转来工作！
我竖起大拇指：对啊！你很聪明！
他笑道：不不，要真正理解，你需要学习你刚才提到的概念和规律！
不代表中国科学院物理研究所立场
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用户评论
我一直搞不懂这个，旋转的定滑轮确实是等臂杠杆，为什么不能通过旋转工作呢？
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这个解释太到位了，终于明白了，旋转的定滑轮确实不是等臂杠杆。
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我之前也觉得旋转的定滑轮能通过旋转工作，看来是我理解错了。
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旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它是怎么工作的呢？谁能详细解释一下？
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哈哈，这个标题真逗，旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它还有什么用呢？
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学物理的时候真没注意这个，原来旋转的定滑轮不能通过旋转工作。
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我小时候也想过这个问题，现在终于有人解答了，太感谢了！
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旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它在物理中的作用是什么呢？
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这个解释很有意思，旋转的定滑轮其实是一种变臂杠杆。
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我一直以为旋转的定滑轮能省力，原来不是这样的。
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物理真是一门有趣的科学，通过旋转的定滑轮不是等臂杠杆这一点，让我对物理有了新的认识。
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旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它是不是就不存在省力效果了呢？
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学物理这么多年，今天才知道旋转的定滑轮有这个特性，涨知识了！
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这个解释让我对物理有了新的认识，旋转的定滑轮确实不是等臂杠杆。
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旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它是不是就不存在了？
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这个标题太吸引人了，旋转的定滑轮不是等臂杠杆，这个结论颠覆了我的认知。
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学物理这么多年，今天才知道旋转的定滑轮有这个特性，太意外了！
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旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它是怎么实现力的传递的呢？
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这个解释很有道理，旋转的定滑轮不是等臂杠杆，那它的工作原理一定很特别。
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