生活中的斜面與輪軸

在人們的日常生活中，簡單機械的使用非常廣泛.使用不同的簡單機械，可以省力、或者可以省距離，還可以改變力的方向.同學們在課堂上已經深入探討了杠桿和滑輪兩種常見的簡單機械，明確了它們的原理和用途.本文向同學們講解另外兩種簡單機械——斜面和輪軸，希望能拓寬同學們的視野.

一、斜面的原理與應用

在學習功的概念時，教材上以斜面為例，斜面長度為s、高度h，用大小為F的力、沿斜面方向勻速推重為G的物體，把它推上頂端，更換不同重量的木塊多次測量、記錄數據，我們發(fā)現Fs始終等于Gh，這個等式表達的意義是：在使用斜面提升物體時，力與在力的方向上移動距離的乘積是不變的，因此，引入功的概念W=Fs.如果我們把公式Gh=Fs進行簡單變換，可以得出F=■.斜面組成的直角三角形中，斜邊s總是大于直角邊h，所以沿斜面向上的推力恒小于物體重力G，進而可得出斜面也是一種可以省力的機械，并且還可以推出斜面越長，所用的推力就越小.當然，省力的代價是移動更長的距離，而這與功的原理是相符合的.在生產和生活中斜面的使用還是比較常見的.

1.簡單斜面應用

要把一大桶油從地面運到汽車上，可以有不同的方法，其中有一種既簡單又省力的方法，就是從地面到車廂斜著搭一塊木板，把油桶沿著傾斜的木板推上去，盡管推動了更長距離，但是可以省力.現代專用卡車裝卸斜面，甚至可以承受鏟車在上面行駛，使貨物的裝卸快捷又方便.在一些建筑物的入口處設置了供輪椅上下的斜坡，體現了社會對殘疾人的關懷.將輪椅沿著這種斜坡推上去比垂直提上去要省力.生活中用于登高的梯子、樓梯都可以看做是斜面，都能起到省力的作用.

2.S型引橋與盤山公路

S型彎曲向上的引橋和盤上公路也是變形的斜面，引橋和斜面的路徑都是曲線，每一小段曲線都可以近似看做直線，進而就形成了一段一段的折線圖，而每一段折線都是斜面的模型，而斜面是省力的，因此，引橋和盤山公路都是省力的，同時也保證了行車的安全性.許多同學都有過騎自行車上坡的體驗，沿S形路線向上騎車，比筆直向上騎車要輕松許多，實際上是增加了斜面s的長度，根據F=■，斜面高度h不變，沿s型路線上坡，會進一步減小騎車的牽引力，進而可以使上坡變得更加輕松.

3.利用斜面增強動力——螺絲釘和劈

把斜面中得出的公式Gh=Fs中的G換成字母F′，得出F′h=Fs，變換公式得出F′=■，其中F為人付出的動力，因為h小于s，進而得出F′大于F，所以斜面也可以用做增加力的一種工具，當然代價是需要移動更大距離，而且不可以省功.

要把一根粗大的釘子釘進木頭里，需要用很大的力.可是把一個同樣大的螺絲釘擰進木頭里，用的力就比較小.這是怎么回事？你注意過它那一圈圈的螺紋嗎？這小小的螺紋就像是包裹在螺絲釘外面的斜面，當用較小的力去上緊螺絲釘時，雖然螺紋沿接觸面所經過的距離比螺釘實際向前移動的距離要長，但卻可以產生一個較大的力，這樣很輕松地就把螺絲釘擰進它應在的位置，螺絲釘的省力原理與盤山公路是相似的.

尖劈的運用在春秋戰(zhàn)國以前就開始了，古人知道用它可以使小力發(fā)揮大力的作用，且兩面的夾角越小，發(fā)揮力的作用越大.尖劈在我國的發(fā)展經過了漫長的歲月，從古猿人打獵用的石頭尖劈，經長期的改進，發(fā)展到今天各式各樣的金屬尖劈，被廣泛應用在生產、戰(zhàn)爭和日常生活中.斧頭也是一個形如楔形的工具，它好像是由兩個斜面背靠背放在一起做成的，這種斜面也叫聯合斜面.揮動斧頭劈木頭時，由于斧頭的縱向運動距離比木柴的橫向運動距離大得多，所以斧頭砍下去的力和木柴橫向裂開所受到的力是不相等的，也就是說，木柴所受的橫向力遠大于斧頭運動時的縱向外力.因此，刀刃便能穿過木頭，使木頭裂開.

二、輪軸的原理與應用

1.提水的轆轤

在生產生活中，人們經常會用到輪軸.比如提水的轆轤，就是典型的輪軸.輪軸由具有公共轉軸的輪和軸組成.輪軸也可看成是變形的杠桿，軸心O為支點，人們提水時轉動的輪半徑R和繩子所系的軸半徑r分別為動力臂和阻力臂.根據杠桿原理可得：F1R=F2r，由于R＞r，F1＜F2，所以輪軸是一種能省力的杠桿，用轆轤提水會十分輕松.

２.扳手和門把手

門把手和扳手也是輪軸的應用，開門和用扳手擰螺絲時，手抓的部位運動的路徑是一段半徑比較大的圓弧，而軸的位置轉動半徑比較小，因此，起到了省力的作用.有時我們還可以在扳手尾部加裝一段鋼管，用于增加輪的半徑，可以更加輕松地把螺絲擰下來.

３.自來水龍頭

自來水龍頭也是輪軸，同學們可以思考哪部分是輪，哪部分是軸，輪有什么作用？冬天發(fā)生冰凍的時候擰不動水龍頭，我們可以用什么辦法來擰動它？

４.螺絲刀

徒手擰螺絲擰不動，用螺絲刀擰螺絲釘時就比較省力，手握住的螺絲刀把柄是輪，細小的金屬桿部分是軸，輪的半徑比軸的半徑大很多，因此，在擰螺絲的時候很好地起到了省力的作用.

如果你是生活的有心人，善于觀察生活，會發(fā)現生活中斜面和輪軸的應用還有很多，比如游樂場的滑滑梯、自行車的車把手就分別屬于斜面和輪軸，在觀察和思考的過程中，你一定能增長見識，提升思維能力，讓自己變得越來越聰明.