《全国青少年机器人技术等级考试（一级）》课程，本系列课程以机器人相关的物理力学、机械原理、基础电子知识为主要内容，将孩子们带入一个妙趣横生的充满技术知识的机器人世界！

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的起重机械，又称吊车。在起重机工作时，我们能够看到起重机前端的钩子上面挂着长长的绳索，这些绳索通常还不是一根，而是来来回回的好几圈。

定滑轮的特点（动滑轮的特点）

在公元前10年，古罗马建筑师维特鲁维斯曾在其建筑手册里描述了一种起重机械。这种机械有一根桅杆，杆顶装有滑轮，由牵索固定桅杆的位置，用绞盘拉动通过滑轮的缆索，以吊起重物。

有些起重机械可用两根桅杆，构成人字形，把吊起物横向移动，但幅度很小，操作也十分吃力。到15世纪，意大利发明了转臂式起重机，才解决这个问题。这种起重机有根倾斜的悬臂，臂顶装有滑轮，既可升降又可旋转。一直到18世纪，人类所使用的各种起重机械还都是以人力或畜力为动力，所以在起重量、使用范围和工作效率上很有限。

18世纪中后期，英国瓦特改进和发明蒸汽机之后，为起重机械提供了动力条件。1805年，格兰工程师伦尼为伦敦船坞建造了第一批蒸汽起重机。1846年，英国的阿姆斯特朗把新堡船坞的一台蒸汽起重机改为水力起重机。20世纪初期，欧洲开始使用塔式起重机。

功：

当一个力作用在物体上的时候，如果这个力让物体在这个力的方向上移动了一段距离，那么这个力的作用就显示出了成效，在力学里就说这个力做了功。

功的大小是力乘以力的方向上移动的距离，单位是焦耳。因此功包含的两个必要因素就是：作用在物体上的力以及物体在这个力的方向上移动的距离。

在力学中有一个重要的结论：任何机械都不省功。

滑轮

由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索（绳、胶带、钢索、链条等）所组成的可以绕着中心轴旋转的简单机械叫做滑轮。

定滑轮

定滑轮是中心轴的位置固定不变的滑轮。定滑轮具有以下特点：

①改变力的方向。定滑轮改变力的方向是可以根据实际情况来确定的，并不一定是反方向，如上图中展示的是两个不同的施力方向，这两个力的大小是一样的。

②不改变力的大小，不省力也不费力。

③施力端运动距离和物体上升距离相同。

定滑轮原理

定滑轮实质上是一个等臂杠杆。如上图所示，定滑轮中心的轴就是这个等臂杠杆的支点，重物端的滑轮圆边上为阻力点，施力端的滑轮圆边为动力点。此时，无论什么方向拉动绳子，阻力臂都与动力臂相当，都是滑轮的半径，所以定滑轮是等臂杠杆。

动滑轮

中心轴的位置随着被拉物体一起运动的滑轮叫动滑轮。动滑轮的特点是：

①不改变力的方向，如上图所示，利用动滑轮想要让物体向上，就要向上拉物体，图中，动滑轮的B的方向向上，物体向上运动。而定滑轮的A的方向向下时，物体是向上运动的。

②改变力的大小，如上图中竖直向上用力时，力的大小为重物的一半，所以省了一半力。

③施力端上升距离为物体上升距离的二倍。

动滑轮原理

动滑轮实质是一个省力杠杆，如上图所示，动滑轮的中心轴拉着重物的为阻力点，施力端的圆边为动力点，而支点为左侧圆的边界，此时动力臂的长度是圆的直径，而阻力臂的长度是圆的半径，所以动力臂是阻力臂的两倍，因此动滑轮省力，且动力是阻力（物体的重量）的一半。

滑轮组

滑轮组是由多个动滑轮和定滑轮组成的机构。如上图中两个滑轮组合在一起的滑轮组。

滑轮组特点

①定滑轮可以改变力的方向，但不能省力地拉动物体。动滑轮不可以改变力的方向，但能省一半的力拉动物体。滑轮组结合了定滑轮和动滑轮，这样既可以改变力的方向，又能很省力地拉动物体。

②滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。绳子的自由端绕过动滑轮的算一段，而绕过定滑轮的就不算了。如上图所示，绳子的段数只计算绕过动滑轮的绳子段数，在图中左侧的滑轮组中是4段绳子，所以所需的力是物体总重量的四分之一。

③使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，施力端移动的距离会比重物移动的距离大很多。比如上图中左侧的滑轮组，虽然施力是物体重量的四分之一，但移动的距离也增大到原来的四倍。

1、什么是定滑轮，它有什么特性？

2、什么是动滑轮，它有什么特性？

3、滑轮组合有什么优点？

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