轮子的受力分析
汽车的轮子受力原理
汽车的轮子受力原理汽车的轮子受力原理是指轮胎在车辆运行过程中所受到的力学作用原理。
轮子的受力原理对于汽车的行驶安全、操作性能以及轮胎的磨损和使用寿命等方面都有着重要的影响。
下面将从力的作用、颠簸路面力、迎角力和侧向力四个方面进行详细的解析。
首先，轮子的受力原理与力的作用密切相关。
汽车轮胎在行驶过程中受到的主要力包括接触力、阻力和摩擦力等。
接触力是轮胎与地面接触时产生的垂直力，它决定了轮胎与地面之间的摩擦系数，影响着汽车行驶的稳定性和制动效果。
阻力是汽车在行驶过程中所受到的空气阻力和滚动阻力，它消耗了汽车的动力并影响着汽车的速度和燃油经济性。
摩擦力是轮胎与地面之间产生的水平力，它使汽车能够行驶和转弯。
其次，颠簸路面力是轮子受力原理的重要组成部分。
当汽车行驶在不平整的路面上时，轮胎受到的颠簸路面力会使轮胎上下运动。
这种力量由汽车的悬挂系统和轮胎的结构共同分担，避免了车辆过度震动和车轮脱离地面。
同时，颠簸路面力还会使轮胎与地面之间的接触面积增大，提高了轮胎与地面之间的摩擦力，增加了车辆的抓地力和安全性。
这里还有一个重要的原理是迎角力。
迎角力是指轮胎行驶过程中与迎角角度有关的力，它产生的原因是轮胎与地面之间的摩擦力不仅仅是沿着轮胎接触面法线方向产生的，还有一个分力沿着迎角方向。
这个迎角力会使轮胎向前推进，增加汽车的行驶稳定性和操控性能。
最后一个原理是轮胎受到的侧向力。
侧向力是指轮胎在转弯时受到的作用力，它的产生与汽车的转向操作以及侧向加速度有关。
轮胎受到的侧向力决定了车辆在转弯时的稳定性和侧向抓地力。
当侧向力增加时，轮胎与地面的摩擦力也会随之增加，使汽车能够更好地克服侧滑和偏离轨迹。
总结来说，汽车的轮子受力原理包括力的作用、颠簸路面力、迎角力和侧向力等多个方面。
这些原理互相影响，共同决定了汽车的行驶性能和轮胎的使用寿命。
了解和掌握这些原理对于汽车的驾驶安全和运行维护意义重大。
通过合理调节轮胎的气压、行驶速度和悬挂系统的调整，可以最大限度地优化轮子的受力原理，提高汽车的性能和舒适性。
备战2021年中考物理作图题精练精解作图题11滑轮组及受力分析作图含解析
作图题11 滑轮组作图一．作图技巧滑轮组绕线作图（1）绳子段数n 的计算方法：①距离关系确定:n ＝Sh(S 为绳端移动距离，h 为重物移动距离）；②力关系确定：F Gn 总. （2）找“起点”：根据“奇动偶定"的原则确定绳子的起点位置，即若n 为偶数，绳子从定滑轮绕起，若n 为奇数，绳子从动滑轮绕起。
二．真题精练1.(2020年西藏中考真题）如图所示，一物体静止在斜面上，图中已经画出了支持力的示意图，请画出物体受到的重力与摩擦力的示意图.【答案】 解：如图所示：【考点】重力示意图，摩擦力的示意图【解析】【解答】重力的方向始终是竖直向下的,物体受到的静摩擦力的方向与物体运动趋势的方向相反,如下图所示：【分析】物体受到的重力竖直向下;物体受到的摩擦力和物体相对运动方向相反.2.（2020年南京中考真题）如图（a)所示，空缆车随缆绳做匀速直线运动，在图（b）中画出缆车的轿厢（以方框表示）受力示意图（不计空气阻力)。
【答案】解：如图所示：【考点】弹力，重力及其大小的计算【解析】【解答】空缆车随缆绳做匀速直线运动，则轿厢也是做匀速直线运动,受力平衡，受到竖直向下的重力G和竖直向上的拉力F的作用，这两个力大小相同，作用点在轿厢的中心,示意图如图所示：【分析】作重力的示意图，力的作用点在物体几何中心上,方向竖直向下，重力用字母G表示，作绳子拉力的示意图，力的作用点在接触点上，方向指向绳子收缩的方向,用字母F表示。
3。
（2020年连云港中考真题）如图所示,物体A放在B上，在水平拉力F作用下一起向右做匀速直线运动，不计空气阻力，画出物体A的受力示意图。
【答案】解:如图所示;【考点】力的三要素及力的示意图，重力示意图【解析】【解答】物体A放在B上,在水平拉力F作用下一起向右做匀速直线运动，物体A处于平衡状态,A受到重力和支持力,从物体A的重心沿竖直向下和竖直向上分别画出重力和支持力的示意图,如图所示：【分析】物体受到的重力竖直向下,支持力和支撑面垂直.4。
两端轴承固定两轮受力分析
两端轴承固定两轮受力分析
当两端轴承固定在轴上时，两轮的受力分析如下：
1. 轴向受力：轮子向左或右运动时，会产生轴向受力。
这个受力会导致轴承在轴上移动，因此需要采用止动环或其他形式的限位器来限制轴向位移。
2. 径向受力：轮子在运动过程中会受到很大的径向受力。
这个受力会直接作用于轴承上，轴承需要具有足够的承载能力来支撑轮子的重量和运动中产生的惯性力。
3. 弯矩受力：运动轮子中心线所形成的力矩会对轴承产生弯曲受力。
因此，在轴承的设计中需要考虑到弹性变形的问题，以保证轴承能够承受这种受力。
为了确保轮子的正常运转，轴承需要按照正确的标准进行选型和安装。
同时，为了减小轴承受力和降低能耗，可以采用一些辅助装置，如轴承盖、轴承套等。
轮子ppt
2.按作用：行走轮、传动轮、限深轮、镇压轮等
3.按轮辋制造材料： 刚性轮、弹性轮
主
主动轮
动
轮
从 动 轮
7
农业机械的轮子
发动机 离合器变速箱 后桥 输出轴 前后轮
转向系
制动系
8
农业机械的轮子
Vm
扭距 Mk
牵引阻力
滚动阻力
驱动力
9
滚动阻力
农业机械的轮子
三、 轮子的构造
平面轮辋 凸面轮辋
轮辋 1、刚性轮
转向系
制动系
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农业机械的轮子
Vm
扭距 Mk
牵引阻力
滚动阻力
驱动力
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滚动阻力
农业机械的轮子
37
农业机械的轮子
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滚动阻力
Rmax=
kc hc
w =fr w
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农业机械的轮子
七、 轮子的滚动阻力
（二）刚性从动轮滚动阻力分析
轮子压缩Z0深度时单位面积上 压力所做的功为L
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农业机械的轮子
七、 轮子的滚动阻力
（二）刚性从动轮滚动阻力分析
• n=1 • n=1/2
• n=0 • 修正后：
i为滑移系数
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农业机械的轮子
3、转向灵活性4、负荷分源自合理，具有一定的22承载能力。23
农业机械的轮子
六、 轮子的压实与下陷
（二）轮子对土壤的压实理论：
非刚性地面在承受静止载荷时土壤的变形与其所受载荷的函数关系为
指数曲线
PKZn
P为单位面积上的压力，K（K=a(1+0.27B)）为与轮子结构有关的土壤
特性系数，Z为压陷深度，n与土壤性质有关，由实验得出（理论与实
汽车行驶中的惯性力问题分析
汽车行驶中的惯性力问题分析当代，人们的物质生活日益丰富，家庭轿车也相对普遍。
接下来将讨论汽车在平地行驶时的惯性力的问题。
我们不妨先假设汽车为一刚体系，其质量为m ，质心C 距离地面h ，每个轮子所受恒定的摩擦力为F s ,与质心水平距离均为d ，根据汽车行驶的状态不同，可以分三个阶段讨论：1、汽车处于启动阶段； 选取整辆车为研究对象，受力分析如右图（1），汽车发动机所提供的拉力为F ，若忽略车轮的转动，则易知整个刚体系作匀加速的平移运动，加速度为a 1，对车加惯性力F I1，其大小为 F I1=ma 1 根据达朗贝尔原理，列平衡方程∑F x =0，F - F I1 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg =0∑M C =0，-4M 1 + 2F N d –2F N d –4F s h =0可以求得a 1=（F-F s ）/m ；F N =mg/4 ；M 1=-F s h .2、汽车处于平稳行驶阶段；此时汽车处于匀速运动阶段，整个刚体系的加速度a =0，故其附加惯性力亦为零，汽车处于平衡状态。
3、汽车处于减速阶段；同样，选取整辆车为研究对象，受力分析如图（2），此时汽车开始制动，发动机不提供动力，若忽略车轮的转动，则整个刚体系作匀减速的平移运动，加速度为a 2，对车加惯性力F I2，其大小为 F I2=ma 2 根据达朗贝尔原理，列平衡方程∑F x =0，F I2 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg=0∑M C =0,-4M 2 + 2F N d –2F N d –4F s h =0可以求得a 2=4F s /m ；M 2=-F s h =M 1 .若要求出某个瞬时汽车行驶的速度，则可以结合汽车在一段时间内行驶的路程，利用动能定理便可求出。
F I1 a 1 m g F s F s F N F N v 1图（1）F C A B M 1M 1y F I2 m g a 2 v 2 C B A F N F s F s 图（2）M 2 M 2 F N。
轮子爬台阶Adams中驱动与扭矩的区别
对于轮子爬台阶的问题。
使用Adams分析，并说明添加扭矩与添加旋转速度驱动的分别。
轮子爬台阶过程：轮子本身有扭矩，使轮子对台阶有作用力。
台阶对轮子也产生反作用力，主要包括摩擦力和支持力。
如果台阶的摩擦系数足够大，那么台阶能产生的摩擦力大小就等于轮子受到的扭矩除以轮子的半径。
对轮子受力分析以及计算如下图所示。
我们需要爬的台阶高度是10mm。
轮子直径125mm。
能够看出，轮子想要爬10mm的台阶，扭矩需要达到1528Nmm。
问题说明：在Adams仿真过程中，发现用很小的扭矩（100Nmm）就能使轮子越过台阶（此时轮子和台阶的初始位置有一定距离）当我不断减小轮子和台阶的初始距离时，发现所需要的扭矩越来越大。
当轮子和台阶初始位置如图片所示。
则需要很大的扭矩，甚至大于1528Nmm。
这是为什么呢？原因分析：首先，当轮子和台阶有距离时，轮子运动到图片位置时已经有速度了。
此时轮子是依靠惯性和速度滚上台阶。
所以即使扭矩很小也能爬上台阶。
其次，当轮子和台阶初始位置就如图片所示，几乎接触。
此时即使很大扭矩，轮子也不能越上台阶。
这是由于台阶的摩擦系数小，已经不能提供足够的牵引力了。
通过实验发现，此时如果提高台阶与轮子的摩擦系数，就能够使轮子越上台阶。
后言：提高摩擦系数虽然能提高轮子爬台阶能力，但是与实际情况相悖，没有实际意义。
那么针对轮子爬台阶的问题，我得出的结论是，当摩擦系数一定时，轮子直径一定时，其能爬的台阶高度是一定的，即使增大扭矩，也不能使其越过台阶。
当然这是理想状态。
实际中，轮子有速度和惯性，这些都有利于轮子过障。
以上所得结论均是针对驱动轮而言。
非驱动的轮的情况较简单，不做详述。
QQQ~。
自行车车轮问题
车轮问题摘要:在日常生活中，自行车通常是有三种类型的车轮，而在此问题我们主要研究的是其中两种类型，一种是由金属辐条组成，一种是由实体圆盘组成的。
他们各自也有各自的优势，金属辐条的通常较轻，实体圆盘更符合动力学原理。
对于一场自行车的公路比赛而言，天气，山丘的数量和陡度，风速等对比赛都有一些决定性影响，当然选择相应的轮胎也就至关重要。
对此我们主要需要研究的问题是在圆盘所需功率小于辐条所需功率时，风速的大小在不同坡度的情况下。
从而我们需要去提供一个表格关于风速和坡度的表格。
在研究整个问题中，首先是对给出的条件和关键词的反复理解和讨论。
任务一中，我们主要从“power”功率入手，由功率和力、速度之间的一个关系将其与风速联系起来，当然，这里的速度是车速与风速之间的一个相对运动速度。
然后开始对人和车体进行受力分析，分析其所受到的阻力，以及向前运动的动力。
我们采用了物理里的受力分析，牛顿第二定律，功率公式以及查阅文献资料等方法，并且排除了其他的一些干扰因素，在根据公式建立数学模型。
在模型的求解过程中，通过各类参考文献以及资料调查得出的各类参数，以及MATLAB 软件编程得出速度的一个范围值。
从而在根据这个速度是相对速度，从而求解出风速在任务二中，我们主要是需要我们自己设计一条路线，在任务一的基础下，比较不同选轮的比赛成绩。
根据文献资料统计我们得出运动员骑行时所提供的功率，并通过任务一中的功率公式得出其速度，在通过位移公式得出比赛时间，从而得到比赛成绩，进一步验证了我们任务一的结论。
在任务三中，我们需要判断一下我们任务一提供的表格是否是选车轮配置的一个充分条件，并且举出实际的例子来验证。
我们主要通过固定其他的一些因素和改变动摩擦因素来计算运动员消耗的体能。
运用到了物理学里的功能关系公式，从而得出改变其他因素对比赛的影响，证明到我们的任务一得出表格不是选择车轮的一个充分条件条件。
在这种情况下，我们求解出来的风速不会是一个确值，而只是一个范围。
第7讲 滑轮及滑轮组 教师版
漫画释义7滑轮及滑轮组模块一滑轮的认知知识互联网知识导航初二物理竞赛班·第7 讲·教师版90起重设 备上的 滑轮组定滑轮特征：1、轮的边缘有槽;2、轮可以转动, 轴固定不动;3、利用绳索拉起重物;4、能改变用力的方向.受力分析：1、同一条绳索上任意一点受力大小是相同的;2、由于绳子能任意弯曲, 所以力方向可以改变;3、我们把动力作用在绳子上的一端叫做自由端, 实验表明, 在匀速或 静止状态下, 动力和阻力的大小是相同的.动滑轮特征：1、绳子的一端被固定, 滑轮是沿固定的绳子滚动, 所以滑轮与固定绳 端的接触点是支点;2、滑轮不仅转动, 而且还随着绳子一起上下移动;3、动力与克服阻力的方向一致, 所以动滑轮不能改变用力方向.4、由于阻力 F 2 随滑轮一起移动, 所以滑轮受到的重力也是阻力的一部分. 受力分析：1、重物(阻力)是作用在滑轮轴上的; 所以阻力的力臂是轮半径 R ;2、动力作用在滑轮的绳子自由端, 动力的力臂为 2R ; 根据杠杆原理, 不计滑轮的重力时, 使用动滑轮最多省一半力.定滑轮 动滑轮 的杠杆 原理等臂杠杆： F = F , 即 F = G省力杠杆： F = 1 F , 即 F = 1G + G ）（ 12拉物12 2拉2 物轮滑轮组 特点：1、由几个滑轮组合起来使用的装置叫滑轮组;2、既可以改变用力的方向, 又可以省力.滑轮组的受力分析：将重物与动滑轮看做一个整体, F = 1G + G ）, n 为承重 拉 （ 物 轮n绳子的段数.【例1】升国旗时, 人站在地面拉动绳子, 能够让国旗升到旗杆的顶端, 旗杆顶端用到的简单机械是【答案】定滑轮【例2】如图所示, 通过定滑轮匀速提起重物G 时, 向三个方向拉动的力分别为F1、F2、F3, 则三个力大小关系是( )A. F1 最大B. F2 最大C. F3 最大D. 一样大【答案】D【例3】如图所示, 放在水平地面上的物体所受重力为G, 系着它的一根轻绳竖直绕过转轴光滑的滑轮, 绳子的另一端受的拉力为F, 地面对物体的支持力为N. 下面关于这三个力的大小关系正确的是( )A. F = G【答案】DB.G = NC. F = ND. F + N = G【例4】如图所示, 用动滑轮拉着一个物块在水平方向运动. 当拉力F 为10N 时, 物块恰在水平方向做匀速直线运动,则物块所受的滑动摩擦力大小为N; 当F 增大到14N 时, 物块受到的合力大小为N .(忽略滑轮摩擦以及动滑轮和绳重)【答案】20 8【例5】如图所示, 物体受到的重力为20N , 用力F 将滑轮匀速提升, 重物随滑轮一起匀速上升(不计绳重、滑轮重及绳与轮之间的摩擦). 当重物上升1m 时, 关于滑轮上升的高度h 和拉力F 的说法正确的是( )ABCD 【答案】C F = 20N ,F = 40N ,F = 40N ,F = 10N ,h = 1mh = 2mh = 0.5mh = 2m使用这种动滑轮费力, 省距离, 动滑轮移动的距离是物体上升高度的一半;F = 2G = 2⨯ 20N＝40N ．h = 1h' =1⨯1m = 0.5m 2 2☆教师可以引导学生思考: 若上题中计滑轮重力, 比如滑轮重力为5N, 那么拉力F 大小应为N, 物体上升1m , 拉力F 上升m.答案：45; 0.5初二物理竞赛班·第7 讲·教师版92模块二 滑轮组的受力分析知识导航初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版93基本滑 轮模型 的解题 方法1.动滑轮与重物在一起的省力滑轮模型(整体法)：F 支 =G 人 + F 拉F 支 =G 人 - F 拉2. 费力反拉滑轮模型(对动滑轮进行受力分析) 对动滑轮进行受力分析: F = 2F 1 + G 动费力模型省距离: 物体上升 h , 自由端(人的拉力)上升 s ,则: s = 1h2【例6】 如图所示的装置处于静止, 物重都是 G , 不计滑轮和绳重及摩擦, 使物体匀速上升, 拉力 F 最小的是( )AB C D【答案】B初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版94【例7】 要用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来, 试在图中画出最省力的绕绳方法．【答案】如图所示．＜解析＞ 一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组, 可以绕成两根绳和三根绳承担拉 力, 其中三根绳为最省力．根据“奇拴动, 偶拴定”的原则, 绳的固定端接在动滑轮的钩 子上．【例8】 一个同学站在地面上, 要利用如图所示的滑轮组提升重物．已知物重 1000N , 而绳子最多只能承受 400N 的拉力．请你帮他在图中画出符合 要求的绳子绕法．【答案】如图所示． ＜解析＞先判断 n= G =1000N＝2.5(段) ．用“进一法”取 n = 3 ．根据“奇拴动, 一动配一定, 变向F 400N加一定”原则, 绳子应固定在动滑轮的钩上, 由内向外绕．【例9】 如图所示, 体重为 500N 的人站在水平地面上拉绳子, 使重物以1m/ s 的速度匀速上升. 已知动滑轮重力为 50N, 被提升重物的重力为 300N. (不 计绳重及滑轮与轴之间的摩擦)则： (1) 此时自由端人的拉力大小为 N, 人对地的压力大小为 N. 人拉绳子的速度为 m/s .(2) 若此人竭尽全力拉绳子, 利用此装置最多能拉起 N 的重物.【答案】(1) 175 ; 325; 2 (2) 950初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版9522 23 （ =【例10】如图所示, 体重为 500N 的人站在高台上提升重物, 使重物以1m/ s 的速度匀速上升. 已知动滑轮重力为 50N, 被提升重物的重力为 400N. (不计 绳重及滑轮与轴之间的摩擦) 则：人对地的压力大小为 N. 人拉绳子的速度为 m/s .【答案】650 ; 3【例11】如图所示, 吊篮的重力为 400N, 动滑轮的总重力为 50N, 定滑轮重力为40N, 人的重力为 600N, 人在吊篮里拉着绳子不动时需用力( ) (不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦) A 218N B 0N 【答案】CD 6N ＜解析＞ 设人对绳的拉力 F , 将人、吊篮和动滑轮视为一个整体, 此 时 整 体 处 于 静 止 状 态 , 整 体 重 力 由 5 段 绳 子 承担 , 所 以 有5F = G 人 + G 吊 + G 动 ．G + G + G 600N + 400N + 50N 所以 F = 人 吊 动 = = 210N5 5【例12】体重为 500N 的工人利用此装置把自己和重为 100N 的涂料箱拉到高处. 已 知动滑轮重力为 50N, 筐重力为 130N . 不计绳重及轮与轴之间的摩擦. 求: 人的拉力为多少? 人此时对筐的压力为多少? 【答案】 F = 1(G + G+ G + G ）= 1500N+100N+50N+130N)=260N 3人涂料 动 筐3F 压 = F 支 =G 人 - F 拉 = 500N - 260N = 240N【例13】如图所示, 物体 P 重 2400N, 用图示的装置起吊, 滑轮和 绳子的重力和摩擦力都可以不计． (1)若一人站在地面上负责向下拉绳, 以吊起重物 P, 此人 的体重至少为多大?(2)若此人改为站在重物 P 上, 仍由他向下拉绳, 匀速吊 起重物 P(包括自身), 如图中虚线所示, 已知此人的体重 为 800N, 他向下拉绳的力应是多大?【答案】(1)人站在地面上, 由图可知, 物体 P 由四根绳子吊起, 则每根绳子的拉力T = G P = 2 4 0 0 N 6 0 0 , 所以人的重力至少为 600N ． 4 4(2)当人站在物体上, 由图可知, 物体和人共由 5 根绳子吊起, 所以每根绳子的拉力T ' =2400N + 800N = 640N5C 210NP模块三整体法及定滑轮上方受力分析【例14】如图所示, 质量为60kg 的工人在水平地面上,用滑轮组把货物运到高处. 第一次运送货物时,货物质量为130kg, 工人用力F1 匀速拉绳, 地面对工人的支持力为N1; 第二次运送货物时, 货物质量为90 kg, 工人用力F2 匀速拉绳, 货箱以0.1m/s 的速度匀速上升.已知G300 N. 则两次人的拉力之比为; 地面对人动的支持力之比为. (不计绳重及滑轮摩擦, g 取10N/kg)【答案】4:3 ; 2:3【例15】如图所示的滑轮组中, 每个滑轮自重均为20N, 横杆的自重是10N, 摩擦和绳重不计, 现用此滑轮组匀速提起重G=750N 的物体, 那么需要施加的动力F 是( )A．200N B．180N C．190N D．170N【答案】A【例16】图中的每个滑轮重0.5N, 物体A 重6N, 托板重1N. 在2s 的时间内, 拉力F 的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m, 这个过程中, 不计滑轮轴摩擦和绳重, 则:(1) 拉力F 的大小为N.(2) 物体A 上升的速度为m/s.(3) 天花板对定滑轮拉力大小为N.【答案】2 ; 0.15 ; 4.5【例17】体重为480N 小钧同学站在地面上, 欲使用如图所示的滑轮组提升重力为500N 的重物. 已知每个滑轮重力大小为60N. 第一次人用F1=100N 的力向下拉绳子, 物体没有被提起, 则此时物体对水平地面的压力大小为多少?第二次人用更大的力向下拉绳子, 使物块匀速上升, 则此时人对地的压力大小为多少? 天花板对定滑轮的拉力大小为多少?(不计绳重及绳与轮之间的摩擦)【答案】360 ; 200; 900初二物理竞赛班·第7 讲·教师版96初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版97模块四 综合应用问题【例18】如图是一种电梯结构 的示意图, 电梯厢在电梯井中沿竖直通道上下运行．钢链的两 端分别固定在电梯井顶部的 A 点和 B 点, 同时钢链绕过重 15000N 的电梯厢下的滑轮而托起整个厢体 E, 又跨过电梯井顶 部由电动机驱动带有齿轮的轮轴 C, 在 C 和 B 之间吊起与动滑 轮相连的配重 D ．电梯载重量为10 人(1 人的质量按 60 kg 计算, 取 g = 10N/kg , 忽略摩擦及钢链的质量)．请回答： (1)配重的功能是什么? 在已知电梯厢重和载重量的情况下, 配 重的质量最好是多大?(2)当电梯满载匀速上升时, A 、B 两点受到的拉力各是多大?【答案】(1)配重是一种平衡体．其质量应选择大约跟电梯厢(包括平均搭载的乘客)的质量相等．这样, 当开动电动机时, 它只需要供给提升多搭载的乘客上升或少搭载的乘客下降 的动力, 其余的重力由配重来平衡．所以, 最经济的配重所受重力 G D 应为箱体重 G E 与1承载人重 G 人 的一半之和, 即 G= G + G = 15000N+3000N ＝18000N ,DE2人所以配重的质量为 m D = 1800 k g ．(2)A 点受力 F= 1 (G + G ) = 10500N ; B 点受力 F = 1G = 9000N ．A2人 E B2 D【例19】电气化铁路的输电线常用图示的方式悬挂在钢缆上. 钢缆的 A 端固定在电杆上,B 端通过滑轮组连接在电杆 C 上. (1)配重 D 是 n 个混凝土圆盘(图中只画出 3 个), 每个盘的质量是 m . 按图示的配置,钢缆 在 B 端所受的拉力大约是多少? (2)如果只考虑 B 端的牢固性,本来可以把它直接固定在电杆 C 上, 也可以用一个很硬的 大弹簧连接 B 和 C. 实际上却用滑轮组来连接, 这样做的优点是什么?【答案】(1)F =3nmg ,因为动滑轮右侧的 1 条钢缆与它左侧的 3 条钢缆承受相同的力,而左侧每条 钢缆受的力是 nmg . (2)机车运行中,拾电器会把输电线向上托起.如果使用两端固定的钢缆,悬线会因此松弛, 输电线将左右摇摆,有可能脱离拾电器造成断电事故.使用滑轮组可以保证输电线的高度 变化时钢缆始终保持紧张状态. 如果用弹簧代替滑轮组,情况好于两端固定的钢缆,但钢 缆的紧张程度仍随弹簧的长度有较大的变化,而且不易确定钢缆的最佳长度.轮轴在不计绳重及摩擦的情况下,F1⋅ L1= F2⋅ L2, 即F ⋅ R = G ⋅ r省力, 费距离费力, 省距离【例20】轮轴, 顾名思义是由“轮”和“轴”组成的系统. 该系统能绕共轴线旋转, 相当于以轴心为支点, 半径为杆的杠杆系统. 所以, 轮轴能够改变扭力的力矩, 从而达到改变扭力的大小. 原理如右图所示. 在不计绳重及摩擦的情况下, F1⋅ L1= F2⋅ L2, 即F ⋅ R = G ⋅ r 请看一看下图中的装置有没有用到轮轴的原理, 并简要加以分析:【答案】略.☆教师分享：自行车上的轮轴中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴, 脚蹬半径大于花盘齿轮半径. 自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴, 手握把外的半径大于前叉轴的半径. 后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴、齿轮半径小于后轮半径. 自行车行驶速度与车轮直径的关系：常见的自行车轮的直径有559mm(22 英寸)、610mm(24 英寸)、660mm(26 英寸)、711mm(28 英寸)的, 有实际经验的同学知道, 骑28 车比24 车费力一些, 但速度快, 因为28 车轮的半径大, 轮子每转一圈走的距离长一些, 故速度快, 半径大使轮轴的轴半径大, 故费力轮轴更费力.模块五轮轴知识导航初二物理竞赛班·第7 讲·教师版98【例21】倒链(又称神仙葫芦)是一种简单的起重用具, 它由滑轮组组成(如图所示), A、B 为同轴并一起转动的定滑轮, 半径分别为R1 和R2, R1 稍大于R2; C 为动滑轮, 其半径为r. 它们之间用铁链按图中所示的方式联结起来. 当用力F 拉一侧铁链使定滑轮转动时, 套在A 上的铁链使挂在C 上的重物上升, 与此同时, 套在B 上的铁链被放下, 使重物下降(图中虚线箭头表示铁链运动方向). 转动一周时, 其总效果使重物上升的距离为多少? 若重物所受重力为G, 则使重物缓慢匀速上升时, 拉力F 的大小至少应为多少? (此题为理想情况下, 即不计铁链重力、滑轮C 重力及额外的摩擦力做功)【答案】(1)A、B 为同轴一起转动的定滑轮, 相当于轮轴, 当滑轮转动一周时, A 轮使铁链上升h 1= 2πR1, B 轮使铁链下降h2= 2πR2, 则重物上升的距离h = h1- h2 = π(R - R ) .2 1 2(2)求解拉力F 可以使用杠杆3 力平衡方程(如右图):F ⋅ R1 + F '⋅ R2= F '⋅ R1F = R1- R2 ⋅ G2R1其中2F ' = G , 最终解得：☆此题在以后学完功的知识后也可以从Fh1= Gh 解得同样的结果.初二物理竞赛班·第7 讲·教师版99初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版100【练1】 同一物体沿相同水平地面被匀速移动, 如下图所示, 拉力分别为 F 甲、F 乙、F 丙, 不计滑轮与轻绳间的摩擦, 比较它们的大小, 则( )A. F 甲＜F 乙＜F 丙B. F 甲＞F 乙＞F 丙C. F 甲＞F 乙＝F 丙D. F 甲＝F 乙＞F 丙 【答案】B【练2】 如图所示, 人对绳子的自由端的拉力 F 都相等, 且物体处于静止状态, 不计滑轮重和摩擦, 比较四个物体的重力, 最大的是( )A ． G 1B ． G 2C ． G 3D ． G 4【答案】C＜解析＞ 图甲是一个定滑轮, 定滑轮的实质是一个等臂杠杆, 使用定滑轮不省力, 即 G 1 = F ; 题图乙是一个动滑轮, 动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂 2 倍的杠杆, 使用 动滑轮能省一半的力, 所以 F = G 2 /2 , 即 G 2 = 2F ; 题图丙的滑轮组中, 吊着重物的绳 子有 3 段, 所以 F = G 3 /3 , 即 G 3 = 3F ; 题图丁的滑轮组有 2 段绳子吊着重物, F = G 4 / 2 , 即 G 4 = 2F ．实战演练【练3】如图所示是一个通过皮带传动的装置．A 为主动轮, B 为从动轮, A、B 两个轴用皮带传动, B 、C 两个轮固连绕同一个轴转动．已知R A : RB: RC2 :1:3 ．试分析A、B、C 三个轮边缘点速度的比．【答案】1：1：3皮带或者齿轮传动时候, 边缘点的线速度相同; 共轴(同时围绕同一个轴)转动时候所有点的转速相同, 即相同时间内转过的角度或者相同时间内转过的圈数相同．类似应用题目：自行车问题初二物理竞赛班·第7 讲·教师版101102 初二物理竞赛班·第7 讲·教师版自行车中的物理知识1．摩擦方面（1）自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹, 并且使用摩擦大的材料, 增大摩擦力.（2）车轴处经常上一些润滑油, 以减小接触面粗糙程度, 来减小摩擦力.（3）所有车轴处均有滚珠, 变滑动摩擦为滚动摩擦, 来减小摩擦.（4）刹车时, 用力捏紧车闸, 以增大刹车块与车圈之间的压力, 从而增大摩擦力.（5）紧蹬自行车前进时, 后轮受到的摩擦力方向向前, 是自行车前进的动力, 前轮受到的摩擦力方向向后, 是自行车前进的阻力; 自行车靠惯性前进时, 前后轮受到的摩擦力方向均向后, 这两个力均是自行车前进的阻力.2．简单机械（1）自行车刹车手闸是一个省力杠杆, 车后坐的载物夹也是杠杆. 脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴, 后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴. 车把和前叉也构成省力轮轴.（2）自行车上坡走S 形路线, 相当于增加了斜面的长, 可以省力, 使上坡更容易. 3．压强方面（1）一般情况下, 充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S＝100cm2, 当一普通的成年人骑自行车前进时, 自行车对地面的压力大约为F＝（600N+250N）＝850N, 可以计算出自行车对地面的压强约为8.5×104Pa.（2）自行车的车座较宽大, 可以增大人与车座的接触面积, 减小对人的压强, 人骑座时感到舒服.初二物理竞赛班·第7 讲·教师版103。
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教程9：轮子的受力分析问题阐述下面所示为轮子的2D平面图，其中列出了该轮的基本尺寸（单位为毫米）。
现要分析该轮仅承受绕Y轴旋转角速度的作用下，轮的受力及变形情况。
所给条件已知角速度为525rad/s，材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7.5g/mm3。
根据该轮的对称性，在分析时只要分析其中的一部分即可，即取模型的十六分之一。
交互式的求解过程1．定义单元类型和材料特性1.1 定义单元类型1．Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete2．按下Element Type窗口内的Add按钮。
3．在单元类型库中，选择左侧列表中的SOLID单元家族，及右侧列表中Brick 8node 45类型。
4．按下Apply按钮完成选择。
5．在单元类型库中，选择左侧列表中的SOLID单元家族，及右侧列表中Brick 20node 95类型。
6．按下OK按钮完成选择。
7．按下Close按钮关闭Element Type窗口。
1.2 定义材料特性1．Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models。
2．在材料定义窗口内选择：Structural→Linear→Elastic→Isotropic。
3．在EX后的文本框内输入数值2e5作为弹性模量。
在PRXY 后的文本框内输入数值0.3作为泊松比。
4．按下OK按钮完成定义。
5．在材料定义窗口内选择：Structural→Density，在出现的对话框中输入DENS=7.5e-9作为密度。
6．按下OK按钮完成定义。
2. 建立2D模型2.1 生成矩形面1．Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimension。
2．在出现的对话框中分别输入：X1=25.4，X2=38.1，Y1=0，Y2=127。
3．按下该窗口内的Apply按钮。
4．再次输入：X1=82.55，X2=95.25，Y1=12.7，Y2=95.25。
5．按下该窗口内的Apply按钮。
6．再次输入：X1=25.4，X2=95.25，Y1=38.1，Y2=57.15。
7．按下OK按钮。
2.2 面叠分操作1.Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans-Overlap→Area。
2.在出现的拾取框中，单击Pick All。
2.3 显示线1.Utility Menu：PlotCtrls→Numbering。
2.在出现的对话框中，设置Line Number为On。
3.按下OK按钮。
4.Utility Menu：Plot→Line。
2.4 倒角1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Line-Line Fillet2.在出现拾取框后，拾取线号“L16，L28”。
3.按下Apply按钮。
5.在出现的对话框中，输入RAD=6.35。
6.按下Apply按钮。
7.又分别拾取线号“L14，L27”、“L28，L23”和“L27，L19”，重复上述操作，最后按下OK按钮。
8.Utility Menu：Plot→Line。
2.5 生成一个由倒角线围成的面1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitrary→By Lines。
2.在出现拾取框后，拾取线号“L4，L6，L2”。
3.按下Apply按钮。
4.在出现拾取框后，拾取线号“L9，L8，L11”。
5.按下Apply按钮。
6.在出现拾取框后，拾取线号“L32，L33，L34”。
7.按下Apply按钮。
8.在出现拾取框后，拾取线号“L29，L30，L31”。
9.按下OK按钮。
2.6 生成弧线的中心点1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Keypoints→InActive CS。
2.在出现的对话框中，输入X=88.9，Y=18.923。
3.按下Apply按钮。
4.在出现的对话框中，输入X=88.9，Y=89.027。
5.按下OK按钮。
2.7 生成圆弧线1.Utility Menu：PlotCtrls→Numbering。
在出现的对话框中，设置KP Keyopt Number为On。
2.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Line→Arcs→By End KPs & Rad。
3.在出现拾取框后，拾取关键点“5，6”。
4.按下Apply按钮。
5.再拾取圆弧线的中心点，即拾取关键点25。
或者在输入框中输入线号25。
6.按下Apply按钮。
7.在出现的对话框中，输入RAD=8.89。
8.按下Apply按钮。
9.又依次拾取关键点“7，8”和圆弧线的中心点即关键点26。
也可在输入框中直接输入26。
10.最后按下OK按钮。
2.8 生成由圆弧线围成的面1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitray→By Line。
2.在出现拾取框后，拾取线号“L7，L36”。
3.按下Apply按钮。
4.又拾取线号“L5，L35”。
5.按下OK按钮。
2.9 面相加1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add→Area。
2.在出现的拾取框中，单击Pick All。
2.10 线相加1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add→Line。
2.在出现拾取框后，拾取线号“L17，L12，L13”。
3.按下Apply按钮。
4.在弹出的对话框，接受缺省设置。
5.按下Apply按钮。
6.又依次拾取线号“L22，L10，L20”。
7.按下OK按钮。
2.11 压缩编号操作1.Main Menu：Preprocessor→Numbering Ctrls→CompressNumbers。
2.在出现的下拉菜单中选择All。
8.按下OK按钮。
3. 通过拖拉生成3D模型3.1 生成轴线的关键点1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Keypoints→InActive CS。
2.在出现的对话框中，输入X=0，Y=0。
3.按下Apply按钮。
4.在出现的对话框中，输入X=0，Y=127。
5.按下OK按钮。
3.2 2D拖拉生成3D模型1.Main Menu：Preprocessor→Operate-Extrude→Areas→AboutAxis。
2.在出现的拾取框中，单击Pick All。
3.又拾取轴线的关键点“19，20”。
4.按下OK按钮。
5.在弹出的对话框中，输入ARC=22.5，NSEG=1（即生成的实体由一块体积组成）。
6.按下OK按钮。
3.3 关闭线号显示1.Utility Menu：PlotCtrls→Numbering。
2.在出现的对话框中，设置Line Number为Off。
3.按下OK按钮。
3.4 改变视图方向1.Utility Menu：PlotCtrls→Pan, Zoon, Rotate。
2.在出现的工具条上，单击ISO。
4. 生成一个圆柱孔4.1 移动和旋转工作平面1．Utility Menu：WorkPlane→Display Working Plane。
2．Utility Menu：WorkPlane→Offset WP to→XYZ Locations3．在命令输入行中输入“60.325，38.1”，并按Enter键确定。
4．按下OK按钮。
5．Utility Menu：WorkPlane→Offset WP by Increments。
6．在出现的工具条中，在“XY，YZ，ZX Angles”下面输入栏中输入“0，-90”。
7．按下OK按钮。
4.2 生成一个圆柱体1.Main Menu：Preprocessor→Create-V olumes→Cylinder→SolidCylinder。
2.在出现的对话框中，输入Radius=11.43，Depth=19.05。
3.按下OK按钮。
4.3 体相减1.Main Menu：Preprocessor→Operate-Booleans→Subtract →Volumes2.在出现拾取框之后，拾取体积1。
3.按下OK按钮。
4.再拾取体积2，即圆柱体。
5.按下OK按钮。
5. 生成网格5.1 用工作平面切分体1.Utility Menu：WorkPlane→Offset WP to→Keypoints。
2.在出现拾取框后，拾取关键点9。
或者在输入框中输入9。
3.按下OK按钮。
4.Main Menu：Preprocessor→Operate-Booleans→Divide→V oluby WorkPlane。
5.在出现的拾取框中，单击Pick All。
6.Utility Menu：WorkPlane→Offset WP to→Keypoints。
7.在出现拾取框后，拾取关键点11。
8.按下OK按钮。
9.Main Menu：Preprocessor→Operate-Booleans→Divide→V oluby WorkPlane。
10.在出现拾取框后，拾取体积4。
或是在输入框中输入4。
11.按下OK按钮。
12.UUtility Menu：WorkPlane→Display Working Plane。
5.2 采用映射网格生成单元1.Main Menu：Preprocessor→Meshing-MeshTool。
2.在出现的MeshTool工具条上单击Global上的Set。
3.在出现的对话框中，输入Size=6.35。
4.按下OK按钮。
5.在MeshTool工具条上Shape下选择Hex和Mapped。
6.按下Mesh按钮。
7.在出现拾取框后，拾取体积1,2,3和5。
或是在输入框中输入1,2,3,5。
8.按下OK按钮。
5.3 改变单元类型1.在MeshTool工具条上单击Element Attribute下的Set。
2.在出现的对话框中，选择Element Type Number为SOLID95。
3.按下OK按钮。
5.4 采用自由网格划分单元1.在MeshTool工具条上单击Global上的Set。
2.在出现的对话框中，输入Size=6.35。
3.按下OK按钮。
4.在MeshTool工具条上Shape下选择Tet和Free。
5.按下Mesh按钮。
6.在出现拾取框后，拾取体积6。