作者windlick2002 (小布丁)
看板Physics
標題Re: [問題] 齒輪的問題
時間Tue Nov 11 08:02:05 2008
: : 我打錯了,我修改好了
: : 你可能沒注意到我寫的
: : 「兩個齒輪所轉過的周長總長應該是相同的」
: : 做功相同,位移相同,因此施力也應該相同
: : 你舉的例子裡,位移是不相同的
: 哈!位移不相同
: 那為什麼位移多的(斜面法)還比位移少(滑輪法)的輕鬆?
: 我看這樣太難了,我舉另外一個例子
: 我用開罐器可以開瓶裝啤酒,用手也可以,只是很難
: 依照你的講法,最後都是把瓶蓋打開,行程一樣
: 那為什麼會有費力或省力的差別?
斜面法位移大,定滑輪法位移小,依功能原理
W=F*S,當然是位移大的省力,位移小的費力
開罐器可以開啤酒,是因為抗力點在中間的力矩,當然省力
: : 另外,大小兩個不同的齒輪,若以鍵條連結
: : 若是施力不同,那代表鍵條本身的張力在大齒輪處和小齒輪處也不相同
: : 若是不考慮鍵條本身質量,那不就不合理了嗎?
: 無質量鏈條!
: 你要不要去單車板廣告一下 保證大家都想跟你買(挖鼻孔)
: 實際狀況下鏈條本來就是承受張力
: 扯什麼無質量鏈條,根本不符實情
: 齒輪的簡化模型就是槓桿 齒輪相鄰等於用鏈條連接
: 省力費力用力矩守恆就可以看出來 實際狀況下也一樣
: 幾百年來機械都是依照這個原理設計的 你說他有問題 真是新鮮
: 愛想那麼多是你家的事 我要睡覺了
:
不論是何種機械,運用了什麼原理,仍然都得符合能量守恆定律
既然可以用槓桿討論,當然也可以用能量來討論
只是我用功能原理來思考,發現和網路上找到的是不符合的
我也在其他地方找過答案,就是因為找不到答案,才會上來詢問的
如果照M大所說的,不能將鏈條變成無質量的理想化來思考
那M大舉的例子中斜面不就也不能假設成無摩擦力來思考
那推斜面上去就變成「不一定」比直接拉上去來得省力了,這樣問題不更複雜
OK~我還是希望科學的問題單純的討論,不變成情緒化的發言
以下,我將問題變成三個方向討論,請各位大大幫我看一下,哪兒出了問題
(一)首先,我用昨天M大說的槓桿原理來解釋
「齒輪邊上施力×齒輪半徑=力矩,力矩守恆」
那麼大齒輪半徑大,小齒輪半徑小,那在大齒輪上施力,應該是省力而費時
在小齒輪上施力,應該是省時費力,和我一開始在網路上查到的剛好相反
當然,網路上找到的資科也可能是錯的
(二)齒輪也是輪軸的變形,輪軸又是槓桿變形
若兩個大小不同的齒輪相連接,大齒輪在左邊,小齒輪在右邊(不會畫圖,抱歉)
現在在大齒輪的左邊施力,大齒輪就會在右邊對小齒輪施力
兩邊的力臂都是大齒輪的半徑,因此左邊施力等於右邊對小齒輪施力
同理,小齒輪右邊的抗力也會等於小齒輪的左邊大齒輪對它的施力
因此得到兩個大小不同的齒輪,不省力也不費力的結論
(這樣看起來,這兩個齒輪好像變成了兩個定滑輪的變形了…)
(三)以功能原理來討論
如我前面所述,兩個齒輪雖然半徑不同,但所轉圈數亦不同
因此兩齒輪所轉動過的總長度是相同的,由W=F*S
W、S相同,因此F亦相同,結論與(二)相同
(四)一般網路上討論都是以腳踏車來討論
所以前齒輪(大的)愈大愈費力省時,後齒輪(小的)愈小愈費力省時
那是因為前齒輪和腳踏板是一組輪軸,腳踏板長度是施力臂,半徑固定
前齒輪半徑是抗力臂,因此抗力臂愈大就愈費力
而後齒輪和後輪胎是另一組輪軸,後齒輪是施力臂,後輪胎是抗力臂
因此後齒輪愈大,施力臂愈大就愈省力
(五)但是我想請問的是,如果單單討論兩個齒輪直接相連,或是以鏈條相連
如果前面(二)(三)所討論的,應該是不省力也不費力,只是改變施力方向
不知道這樣的結論,是否正確?或者說我思考上有所問題呢?
麻煩大家了,謝謝~
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