
※ 引述《windlick2002 (小布丁)》之銘言:
: (五)但是我想請問的是,如果單單討論兩個齒輪直接相連,或是以鏈條相連
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: 如果前面(二)(三)所討論的,應該是不省力也不費力,只是改變施力方向
: 不知道這樣的結論,是否正確?或者說我思考上有所問題呢?
: 麻煩大家了,謝謝~
首先,這個議題的問題在於:
要讓單純兩個齒輪運行,為什麼需要施力作功?
因為,要讓兩個齒輪轉動,在理想情況下,是根本不需作功的,
只要輕輕碰一下,它們就會等速恆動、不停轉下去。
所以,你必須訂定這兩個齒輪需要受力的機制是什麼。
於是,我們來設想一個較符合實境的狀況:
有兩個齒輪,其他什麼都沒有,
其中,輪軸有摩擦力,而我們想施力讓齒輪組等速轉動。
見圖: http://i467.photobucket.com/albums/rr33/mmisc/wheel.png
假設大輪圓周10,小輪圓周2,兩輪軸圓周1,
兩輪與其輪軸的動摩擦力都是F。
如果施力於大輪:
小輪方面:輪內緣受摩擦力F。為了等速轉動,輪外緣須受力F/2抵銷力矩。
大輪方面:由於與小輪的作用力-反作用力,輪外緣有個力F/2,輪內緣有摩擦力,
為抵銷這兩個力造成的力矩,我須於大輪外緣施力3F/5。
如果施力於小輪:類似算法,得到:須於小輪外緣施力3F/5。
是的,施力相等,作功也相等。
輪保持等速運動,那這些功跑到哪去了呢?答案是變成摩擦熱能了。
大輪轉一圈、小輪轉5圈時,
無論施力於大輪或小輪,我皆走了10單位,作功皆為3F/5*10=6F
而摩擦力作功為F*1+F*5=6F
果然相等。
所以,原po的概念「部份」是正確的:我走了一樣長的路,功應該相等才對。
但,到底為什麼需要作功,
應該先界定清楚,才不會無所適從。
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