初中直观 · 高中定量拓展 · 机构 · 螺旋传动

转好多圈,怎样换来很大的举升力?

恒定效率η代表简化总损失,手柄半径0.2 m;不从效率推断自锁性。换成更细的螺纹,比较手柄力和所需圈数。

问题的来处古典简单机械 · 螺旋机构

螺旋千斤顶:问题从哪里来?

螺旋压榨和举升机构用转很多圈换来缓慢但有力的直线运动。机械优势来自输入路径长,而不是凭空放大能量。

读一段背景,带着问题动手

螺旋压榨和举升机构用转很多圈换来缓慢但有力的直线运动。机械优势来自输入路径长,而不是凭空放大能量。

本页比较螺距与理想机械优势,并单列效率。真实千斤顶还需考虑摩擦、自锁和强度,不能据教学模型设计承人设备。

现在,换你来试换成更细的螺纹,比较手柄力和所需圈数。 固定其他条件,亲手将螺距分别设为2和8mm,各核验一次;省力的同时,要多转多少圈?

螺旋千斤顶

S17 / 机构
今天的问题

省力的同时,要多转多少圈?

独立探索要做什么?

换成更细的螺纹,比较手柄力和所需圈数。 固定其他条件,亲手将螺距分别设为2和8mm,各核验一次;省力的同时,要多转多少圈?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
举升 0.00 cm · 螺纹为示意所需手柄切向力63.662 N0中线 · 各量独立标定提升10cm输入功2000 J0中线 · 各量独立标定

效率改变所需手柄力和输入功,不改变螺距确定的每圈位移。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

青杆:螺杆金线:手柄上板:载荷托盘
看这里 · 所需手柄切向力63.662 N

手柄力63.66 N;提升10cm需25.0圈,省力不省功。 效率改变所需手柄力和输入功,不改变螺距确定的每圈位移。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

0 圈每秒转0.4圈;托盘位移=圈数×螺距,位移按1000 px/m显示。
所需手柄切向力
63.662 N
提升10cm所需圈数
25 圈
当前举升高度
0 cm
提升10cm输入功
2000 J

手柄力63.66 N;提升10cm需25.0圈,省力不省功。 效率改变所需手柄力和输入功,不改变螺距确定的每圈位移。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

效率下降时,输入力会怎样增加?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

每转输入功F·2πr,输出功Wp;F=Wp/(2πrη),提升h需h/p转。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

省力的同时,要多转多少圈?

换个条件,再试一次

效率下降时,输入力会怎样增加?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识机构 · 螺旋传动涉及的量与单位:螺距(mm)、负载(kN)、综合效率(无量纲)、累计手柄转数(圈)。初中直观 · 高中定量拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:换成更细的螺纹,比较手柄力和所需圈数。

再做定量:保持其他条件,比较螺距与所需手柄切向力(N),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

每转输入功F·2πr,输出功Wp;F=Wp/(2πrη),提升h需h/p转。

对照核验提示:细螺距:螺距 2 mm;粗螺距:只改变螺距 8 mm。按这些题设自己操作并比较所需手柄切向力,不把参考情景当个人完成。

适用范围:手柄力63.66 N;提升10cm需25.0圈,省力不省功。 效率改变所需手柄力和输入功,不改变螺距确定的每圈位移。

Engineering LibreTexts · 静力学与工程模型(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。