簡單機械：滑輪省力秘笈

機械在我們日常生活中扮演了很重要的角色。懂得運用簡單的機械，可以達致事半功倍的效果。

滑輪是其中一種很常見的簡單機械，即是在可繞着中心軸旋轉的圓輪邊上綑上繩子，透過拉動繩子去牽拉圓輪，就可以更方便地搬動物件。

不同的滑輪更會帶來不同的效能。你們說得出以下各種滑輪的分別嗎？

定滑輪

滑輪位置固定，吊繩的一端繫著重物，另一端繞過滑輪的上方。將吊繩向下拉時，重物就會向上升。重物和吊繩的移動距離相等。

定滑輪不能達到省力的效果，但可以改變用力的方向，令操作更方便。

動滑輪

滑輪繫著重物，吊繩一端固定，另一端繞過滑輪的下方。將吊繩向上拉時，滑輪會連同重物一起向上升。重物移動的距離是吊繩移動距離的一半，例如吊繩移動10厘米，重物只移動5厘米。

使用動滑輪能省力，但不能改變用力方向，用力的距離亦增加了，增加操作的不便。

滑輪組

由定滑輪和動滑輪組合而成。吊繩先繞過動滑輪下方的凹槽，再繞過定滑輪上方的凹槽。向下拉動吊繩，重物會向上升。

滑輪組既能改變用力方向，又能達到省力的效果！不過，相比定滑輪和動滑輪，用力的距離大大增加。

多重滑輪組

將吊繩反覆繞過滑輪，然後才在末端向下拉，提起重物。

這樣的組合比單一滑輪組更加省力，但來自滑輪的摩擦會大大增加。

機械利益

為甚麼動滑輪能省力而定滑輪不能呢？為甚麼多重滑輪組又會比單一滑輪組更省力呢？

我們先談談甚麼是「力」。力（Force）就是指作用於物體上的影響，令物體改變速度、方向或外形，力是以「牛頓（N）」為量度單位。

使用機械有助省力。機械省力程度的指標，亦即輸出力（移動物件所需的力）和輸入力（機械向物件施加的力）的比率，叫做「機械利益（Mechanical Advantage）」。比率愈高，該機械就愈省力。

例如，若移動物件需要100牛頓的輸出力，但機械只用了25牛頓的輸入力便能將它移動，它的機械利益就是100/25，等於4。

要知道滑輪的機械利益，有一個很簡單的方法，就是數數有多少個繩段負載了重物！負載的繩段愈多，機械利益就愈高。看看以下的例子就會明白了！

「定滑輪」只有1個繩段負載了重物，所以機械利益是1。換句話說，付出的拉力與物件重量相等，不省力也不需額外費力。

「動滑輪」負載重物的繩段有2個，所以機械利益是2。我們可以理解為兩個繩段負載同一個物件，每個繩段負載的力便滅半，因此有雙倍的省力效能。

左圖中的「滑輪組」有2個負載重物的繩段，機械利益是2，因此省力效能與單個動滑輪一樣。右圖中的「多重滑輪組」則有4個負載重物的繩段，機械利益是4，即是達到了4倍的省力效能！

滑輪在現實生活中的應用很廣泛，纜車和帆船就是最明顯的例子啦。你知道它們是使用哪種滑輪嗎？你還能想到其他應用滑輪的例子嗎？

本文由《兒童的科學》提供。