我继续补充:当然,如果没有加速转动,这时两边的拉力是相等的,因为这时候不需要力矩维持轮子加速转动了。
他又是一副若有所思的样子 :我想再回到之前的问题——为什么滑轮的“滑”是指轴上的“滑”?因为我们将滑轮规定为有力臂的机械。这看起来只是一个理论上的规定。是吧?
我:是的,但不完全是一种理论上的规定。
他继续说:问题是,在实际应用中,滑轮如果表面很光滑,不也挺好嘛?起到的作用一样——转变力的方向。那么现实中,这种表面光滑的所谓滑轮为什么没有被广泛使用?
我哈哈一笑:嗯,这个问题,在刚才与你讨论的过程中,我想到了答案!
他微微一怔:哦,是吗!那太好了,我想知道!
我:首先,轮子表面的润滑肯定不好搞啊,因为绳子在上面拉来拉去,搞得脏兮兮的,还把油给带走了,正如你前面所说的,这肯定很费润滑油啊!而轴上的润滑就简单多了,一点油可以用很久。
他笑了笑:不会就这原因吧?
我笑道:不不不,这只是客观原因之一。还有更加深刻的物理原因!但可能你现在的数学知识不足以完全理解。
他:没关系,你随便讲讲,我大概理解一下。
我说:绳子紧紧地绕在物体的表面,会产生很大的摩擦力。你看下面这幅图,人只需很小的力,就可以让重物不下落,背后就是因为很大的摩擦力所起的作用。
我继续说:这一规律被广泛利用。例如,人们在晒被子的时候,习惯将绳索在柱子上多绕几道。再例如,船夫靠岸停船时,会将绳索在桩上多绕几圈,这样船就稳下来了。
他:的确是这么回事,那它涉及什么理论?
我说:经过细致的力学分析,你会发现,绕过物体表面的绳子,如果受到拉力,绳子与物体之间的最大静摩擦力与绳子转过的角度之间成指数关系,它是欧拉摩擦力公式,具体来说就是下面这个样子(我在纸上写出了公式)
看到他有点迷惑,我解释道:这里的 是绳子一端受到的拉力, 是摩擦系数, 是最大的静摩擦力。
他点点头:所以,当绕过的角度较大时,这个摩擦力可以很大,因此另一头根本拉不动了,对吗?
我一拍手:对!就是这个意思,因为两端的拉力差,在系统处于临界状态时,就等于最大静摩擦力。既然最大静摩擦力这么大,说明另一端的力很大才能把绳子拉动!如果你的轮子不能转,绳子可能根本拉不动啊!
他:哦!原来如此,那也就是说,靠绳子在轮子上滑动来工作,是不现实的!所以定滑轮必定是通过转动来工作的!
我竖起大拇指:没错!You are very clever!
他哈哈一笑:没有没有,要真正明白,还需要学习你前面提到的那些概念和定律才行啦!
END