3-4簡單機械
概述
機械種類
使用機械的目的
功能觀點
作功的結果=能量的改變。我們對機械作功(輸入功)，再由機械對外體作功(輸出功)
理想狀態：輸入功=輸出功
實際狀況：會有摩擦生熱or others...(會有損耗)
注意！不能省功(機械只是傳遞功(能))
輸入10J --> 輸出10J
輸入10J-->輸出7J，損耗3J
基本元件：槓桿(筷子、釘書機、蹺蹺板)、輪軸(井水提水輪軸)、滑輪、齒輪、斜面(楔)、螺旋
一、槓桿
凡可繞一固定轉軸(支點)轉動的硬棒，均可視為槓桿
槓桿原理
第一類槓桿
支點在中間
省力的
順時針力矩=逆時針力矩
施力臂施力=抗力臂抗力
功能原理：Ｗ=F*S=delta E
機械不能省功(delta E相同)
if 施力臂S大，則省力F小-->費時、省力
if 施力臂小S小，則費力F大-->省時、費力
if施力臂=抗力臂，則是為了方便使用
花木剪(樹枝的抗力太大，因此省力比較實在)
費力的
長刃剪刀(縫紉用，省時因為一刀可以剪下很長)
使用方便的
一般剪刀
第二類槓桿
抗力點在中間
必省力費時
開瓶器
第三類槓桿
施力點在中間
必費力省時
問題
1、阿基米德
理論上可行：施力臂>>>抗力臂
實際上不可行：地球質量6*10的24次方，若一個人可施力100公斤，則力臂的比…
抗力很大的物品，則需要省力機械協助處理
「只要給我一個站立的地方和支撐點，還有一根夠長的木棒，我就能移動地球。」
2、剪刀
理髮用的短柄長刃
剪髮時間短一點(省時)，故用短柄剪刀(頭髮抗力不會太大，不會太費力)
花木剪
花木堅硬，需要省力的工具，故使用長柄剪刀
二、輪軸
槓桿的連續應用
輪半徑 x 輪上施力=軸半徑 x 軸上施力
在輪上施力：省力費時
在軸上施力：省時費力
輪軸轉動
輪轉一圈、軸轉一圈
施力一大圈後，物體才上升一小圈
施力一小圈後，物體上升一大圈
三、滑輪
圓周有凹槽，以供拉繩環繞的圓輪，稱為滑輪
動滑輪、定滑輪
槓桿的連續應用
定滑輪
施力臂=抗力臂，不省力也不費力
下拉繩子L，物體也上升L，不省時也不費時
為了使用方便：因為對人而言，往下拉比較簡單
升旗旗桿
動滑輪
施力臂=2抗力臂，因此省力1/2(但，不一定)
若要物體上升L，則施力端需上拉2L，故費時
滑輪組
定滑輪+動滑輪
四、齒輪
有輪齒的輪軸，將兩齒輪互相咬合或以鏈條連接，可以用來傳動或改變轉動方向
五、斜面
可省力
功能原理
我輸入的功F X S=物體改變的能量W X h
F = h/L X W
斜面愈平(L愈大)，則愈省力(費時)
生活應用
樓梯
蜿蜒的山路
刀子和斧頭的刃口
附螺紋的蓋子
螺旋
六、螺旋
斜面的變形，將斜面環繞在圓柱上，即為螺旋
名詞
螺紋：螺旋上突出的紋路
螺距：相鄰兩螺紋之間的垂直距離
螺旋轉一圈，將會上升或下降一個螺距
應用
功能原理
施力F繞一圈，作功F X 2兀L = 物體上升一個螺距(位能增加)Wh
阿基米德排水機
螺絲釘
定義：表面具有凹凸不平呈螺旋線條紋的圓柱體，稱為螺旋
1、省時(但費力)~例如：爬較陡的山路
2、省力(但費時)~例如：爬緩坡的山路
3、方便操作(改變作用力方向)~提井水
例：喇叭鎖、方向盤(車子的方向盤、船的舵…)
例：擀麵棍(揮汗如雨但比較快速)、打蛋器、