作者ballII (ballII)
看板Physics
标题Re: [问题] 齿轮的问题
时间Tue Nov 11 12:50:05 2008
※ 引述《windlick2002 (小布丁)》之铭言:
: (五)但是我想请问的是,如果单单讨论两个齿轮直接相连,或是以链条相连
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: 如果前面(二)(三)所讨论的,应该是不省力也不费力,只是改变施力方向
: 不知道这样的结论,是否正确?或者说我思考上有所问题呢?
: 麻烦大家了,谢谢~
首先,这个议题的问题在於:
要让单纯两个齿轮运行,为什麽需要施力作功?
因为,要让两个齿轮转动,在理想情况下,是根本不需作功的,
只要轻轻碰一下,它们就会等速恒动、不停转下去。
所以,你必须订定这两个齿轮需要受力的机制是什麽。
於是,我们来设想一个较符合实境的状况:
有两个齿轮,其他什麽都没有,
其中,轮轴有摩擦力,而我们想施力让齿轮组等速转动。
见图:
http://i467.photobucket.com/albums/rr33/mmisc/wheel.png
假设大轮圆周10,小轮圆周2,两轮轴圆周1,
两轮与其轮轴的动摩擦力都是F。
如果施力於大轮:
小轮方面:轮内缘受摩擦力F。为了等速转动,轮外缘须受力F/2抵销力矩。
大轮方面:由於与小轮的作用力-反作用力,轮外缘有个力F/2,轮内缘有摩擦力,
为抵销这两个力造成的力矩,我须於大轮外缘施力3F/5。
如果施力於小轮:类似算法,得到:须於小轮外缘施力3F/5。
是的,施力相等,作功也相等。
轮保持等速运动,那这些功跑到哪去了呢?答案是变成摩擦热能了。
大轮转一圈、小轮转5圈时,
无论施力於大轮或小轮,我皆走了10单位,作功皆为3F/5*10=6F
而摩擦力作功为F*1+F*5=6F
果然相等。
所以,原po的概念「部份」是正确的:我走了一样长的路,功应该相等才对。
但,到底为什麽需要作功,
应该先界定清楚,才不会无所适从。
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