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簡單機械
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簡單機械
為了生活上的各種生活需要與方便，人們設計了各種機械裝置，藉助於 機械，以使用較小的力氣、較快的 速度或為了操作方便來達成作功的 目的
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使用機械的目的
(1) 省力
(2) 省時
(3) 操作方便
使用任何一種簡單機械的好處，僅 能有上述三種功能之一，即省時必 費力，省力必費時，不可能又省時 又省力。2010/11/11 4
使用機械的目的
機械可以省力，但不能省功或是省能；可以傳遞功與能，但是不能創造出額 外的功和能；由於機械摩擦的關係，
在能轉換的過程中，還會損失一部份 的功與能。
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簡單機械構造原理
可以分為下列兩種：
(1) 應用槓桿原理者：槓桿、滑輪、輪軸。
(2) 應用斜面原理者：斜面、螺旋。2010/11/11 6
槓桿
1. 槓桿：凡可以繞著一固定點或 固定軸而轉動的硬棒，均可以用 來當作槓桿使用。2010/11/11 7
槓桿
2. 槓桿定律-當槓桿平衡時，對支 點所產生的順時鐘力矩和，等於逆時鐘力矩和，此關係稱為槓桿定律。
(公式：d
1
F1
=d2
F2
)2010/11/11 8
槓桿
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槓桿定律
槓桿定律指出當施力與其從施力 點到支點距離的乘積等於抗力與其從抗力點到支點距離的乘積時，
我們稱此一槓桿是處於平衡的狀 態下。
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槓桿的機械利益
從槓桿所能節省的施力或輸 出力與作用力之比皆可稱為 機械利益。例如，若施一力 100Kg可移動1,000Kg的物 體時，此機械利益等於10。2010/11/11 11
槓桿的機械利益
雖然摩擦是必然存在的，通 常摩擦力太小對結果不會有 重大影響，所以忽略之。但 是槓桿本身的重量通常是必 須考慮的。槓桿重心所在的 位置，往往可使機械利益增 加、不變或減少。2010/11/11 12
槓桿的種類
依支點、施力點、抗力點的相對位置 分成三種
支點在施力點與抗力點之間的槓桿 (支點在中間)
功用：省力費時或省時費力。
例：天平、蹺蹺板、剪刀、起釘器、開罐器、坩堝鉗。
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第一類槓桿
支點位於施力點與抗力點之間。剪 刀及拔釘鎚即屬於此類槓桿。2010/11/11 14
槓桿的種類
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槓桿的種類
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槓桿的種類
抗力點在支點與施力點之間的槓桿 (抗力點在中間)
功用：省力費時。
例：開瓶器、裁紙刀、獨輪手推車、釘書機、破果鉗。
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第二類槓桿
抗力點位於支點及施力點之間。手推 車、胡桃鉗、開瓶器、裁紙刀即屬此 類槓桿。重要優點在於可以較小力量舉起或移 動較重的重物
。
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槓桿的種類
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槓桿的種類
施力點在支點與抗力點之間的槓桿 (施力點在中間)
(1) 功用：省時費力。
(2) 例：如筷子、掃把、鎳子、麵包 夾、球拍、球棒、釣魚桿、鏟子、鋤 頭。2010/11/11 20
第三類槓桿
施力點位於支點及抗力點之間。彎曲在 肘部的手臂、鑷子、筷子、掃帚即屬此 類槓桿。優點在於增加施力所推動物體的速度，
所移動物體的距離較第二類槓桿所移動 的距離遠。
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槓桿的種類
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輪軸
1. 輪軸是兩個或多個半徑不等的圓 輪，固定在同一軸心所成的機械。
2. 例：方向盤、喇叭鎖、螺絲起子、車軸帶動車輪。
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輪軸
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輪軸
輪軸事實上是槓桿的變體，若把 軸心當做支點，則輪半徑R是輪 上作用力的力臂，而軸半徑r是 軸上作用力的力臂，此時的輪軸 恰為支點在中間的槓桿。2010/11/11 25
輪軸的應用
若施力在輪上時，由於施力 臂較大，因此施力會小於抗 力，此時的輪軸必省力，而代價則是施力移動距離加長。
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輪軸的應用
水車是輪軸的 重要應用，水 的力量在槳葉 輪邊緣，可使 中心軸旋轉而帶動其他機械。
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輪軸的應用
若施力在軸上時，由於施力 臂較小，因此施力會大於抗 力，此時的輪軸必費力，但 施力的移動距離較短。2010/11/11 28
輪軸的應用
絞盤也是輪 軸的應用，操作時由水 手合力推動 長柄，中心 軸繞著繩子 或鐵鍊旋轉
而將錨拉起。
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輪軸的應用
門的喇叭鎖是輪與軸的例子。圓形把手 的半徑較穿過門的心軸為大。使我們能 以較小作用力來旋轉心軸。若是取掉圓 形把手只靠心軸本身來旋轉，將發現沒有輪軸機械的幫助，旋轉軸心非常困難。
其他如：方向盤、螺絲起子等也是輪軸 的應用。
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輪軸的應用
輪、軸兩者都可用不同尺寸的齒輪取 代，如：自行車的鏈輪。
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滑輪
滑輪是邊緣有凹槽，能繞中心軸 自由旋轉的小輪。有定滑輪及動 滑輪兩種。2010/11/11 32
定滑輪
定滑輪:滑輪的 軸固定不動的，稱為「定滑 輪」。
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定滑輪
定滑輪可視為支點在中間，且兩臂等長的槓桿應用。以 定滑輪吊起重物時，繩上施
力與物重相等，即不會省力。
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定滑輪
使用定滑輪吊起物體時，只 是為了改變力的作用方向，達到操作方便的目的。
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定滑輪
使用定滑輪時，繩子拉力的 方向和拉力的大小無關，此因拉力的方向總是和臂垂直，
故物體被拉升的方向與拉繩 子的方向無關。
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動滑輪
動滑輪:滑輪 的軸可隨物體 上下移動)，稱為「動滑 輪」。
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動滑輪
動滑輪可視為抗力點在中間，且施力臂為抗力臂兩倍長的 槓桿的應用。
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動滑輪
以動滑輪吊升物體時，繩上施力的大小約為物重的一半，
可以達到省力的效果。
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動滑輪
使用動滑輪時，拉力的大小 和拉繩的方向有關。拉力F 的大小視拉繩方向和垂直方 向之夾角的增加而增大。2010/11/11 40
動滑輪
動滑輪像抗力點在中間的槓桿(抗力 點在中間)省力施力大小為物體與滑 輪重量和的一半；施力拉動距離為物 體上升高度的兩倍。2010/11/11 41
動滑輪
若將動滑輪及定滑輪合成滑 輪組，則既省力又可改變力 量的方向。2010/11/11 42
滑輪組
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斜面
斜面是與水平面成一傾斜角度的平 面，是一種省力的機械。2010/11/11 44
斜面
若摩擦力可忽略時：施力所 做的功 = 物體所獲得的重力 位能。2010/11/11 45
斜面
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斜面
以斜面裝置拉動滑車至高 處的施力，比直接吊起滑 車至高處的施力要小，也 就是說，斜面可以用較小 的力將物體檯至高處。2010/11/11 47
斜面
斜角愈小愈省力，但費時。
例：樓梯蜿蜒而的山路、螺絲、附 螺紋的瓶蓋刀子。2010/11/11 48
斜面
若將兩個斜面結合 在一起，則形成一 種稱為楔(或稱為 劈)的簡易機器。楔在切割並分裂東 西非常有用。刀、
斧及人類門牙均為 楔的例子。
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斜面
早在西元前 2500年埃及 人建金字塔 時，即使用 斜面來移動 巨大石塊。2010/11/11 50
當一物體沿一光滑
斜面
斜面向上推時，將 其提高到斜面頂端 所需的力是F=wh/d
Fd= w h (F作功=增加的位能) F=w h / d
F:平行斜面施於物 體的外力
W:物重
h:斜面高度
d:斜面長度2010/11/11 51
斜面
•斜面減少了提高物體所需 之外力，因斜面具有機械 利益，即d/h比值。斜面 越平緩，機械利益越大。
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斜面
拉鏈也是斜面 應用的一種，斜面使拉拉鏈 的微小力量轉 換成足以分合 鏈齒的強大力 量。
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螺旋
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螺旋
若將斜面圍繞在圓 柱上，則形成稱為 螺旋的簡易機器。常用來鎖住物體的 螺絲、附螺紋的瓶 蓋、螺旋式汽車千 斤頂等都是應用螺 旋的裝置。
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螺旋
螺旋是效率極高用 途極廣的機械設備 的元件。阿基米德 螺旋機是最早的螺 旋機械之一，當時 的人用它來把水從 低位升到高位。2010/11/11 56
螺旋
其他的螺旋機械包 括:經由溝槽運送物體的螺旋運送機;
把肉送入切刀的家 庭絞肉機;讓木屑 片可順其螺紋跑出 的木工鑽孔機等。
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