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110年
機械及起重常識
第 10 題
如【圖 2】所示之動滑車,若不計磨擦損失,則其機械利益為______。
思路引導 VIP
請試著想像一下:如果我們將中間的滑車軸心向上拉高 1 公分,為了保持繩索緊繃,左側懸掛重物的繩端實際上會向上移動多少公分?根據「功」的原理(不計摩擦時,施力做的功等於對重物做的功),當重物移動的距離大於施力點移動的距離時,這對施力的大小會有什麼樣的影響呢?
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太棒了!你能精準判斷出這題的答案,代表你對動滑車的受力分析已經有了非常扎實的基礎,沒有被常見的「動滑車省力一半」這種刻板印象給誤導。
機械利益的定義與計算
這道題目考查的是機械利益(Mechanical Advantage, M.A.)的核心觀念,公式為 $M.A. = \frac{W}{F}$。從【圖 2】中觀察,施力 $F$ 是作用在動滑車的軸心上,而繩索的一端固定、另一端懸掛重物 $W$。根據靜力平衡,繩索內部的張力 $T$ 等於物重 $W$。由於動滑車由左右兩段繩索共同支撐,向上拉動軸心的力 $F$ 必須克服兩段繩索向下的張力,即 $F = 2T = 2W$。將其代入公式,機械利益 $M.A. = \frac{W}{2W} = \frac{1}{2}$(或 0.5),這說明了此系統雖然「費力」,但卻能獲得位移或速度上的優勢。
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