杠杆、斜面、滑轮、轮轴、定滑轮、动滑轮的原理

一、杠杆原理

杠杆又分称费力杠杆、省力杠杆和等臂杠杆，杠杆原理也称为“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等。

即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1·L1=F2·L2。式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，要使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，阻力就是动力的几倍。

二、斜面原理

斜面（inclined plane）是一种倾斜的平板，能够将物体以相对较小的力从低处提升至高处，但提升这物体的路径长度也会增加。斜面是古代希腊人提出的六种简单机械之中的一种。

假若斜面的斜率越小，即斜面与水平面之间的夹角越小，则需施加于物体的作用力会越小，但移动距离也越长；反之亦然。假设移动负载不会造成能量的储存或耗散，则斜面的机械利益是其长度与提升高度的比率。

在日常生活中，时常会使用到斜面。行驶车辆的坡道是一种常见的斜面；卡车装载大型货物时，常会在车尾斜搭一块木板，将货物从木板上往上推，所应用的也是斜面的理论。

三、滑轮原理

滑轮主要的功能是牵拉负载、改变施力方向、传输功率等等。多个滑轮共同组成的机械称为“滑轮组”，或“复式滑轮”。滑轮组的机械利益较大，可以牵拉较重的负载。滑轮也可以成为链传动或带传动的组件，将功率从一个旋转轴传输到另一个旋转轴。

四、轮轴原理

轮轴的实质是可以连续旋转杠杆．使用轮轴时，一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切，因此，它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径．

由于轮半径总大于轴半径，因此当动力作用于轮时，轮轴为省力费距离杠杆（下面的第一幅图），实际的例子：有自行车脚踏与轮盘（大齿轮）是省力轮轴．当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆，实际的例子有：自行车后轮与轮上的飞盘（小齿轮）、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。

五、定滑轮原理

使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向.杠杆的动力臂和阻力臂分别是滑轮的半径，由于半径相等，所以动力臂等于阻力臂，杠杆既不省力也不费力。

定滑轮不能省力，而且在绳重及绳与轮之间的摩擦不计的情况下，细绳的受力方向无论向何处，吊起重物所用的力都相等，因为动力臂和阻力臂都相等且等于滑轮的半径。

六、动滑轮原理

动滑轮省1/2力多费1倍距离，这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半，而且不能改变力的方向。实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆：图中，O是支点，F1是提升物体的动力，F2是物体的重力（也可理解为不用机械时提升物体用的力）。