目前共有4篇帖子。 字體大小:較小 - 100% (默認)▼  內容轉換:不轉換▼
 
點擊 回復
88 3
【AI生成】关于用定滑轮和动滑轮把自己拉上去的问题
下位魔導師 十八級
1樓 發表于:2025-11-22 14:31
突然想到一个问题,假如一个人骑在一个定滑轮某一侧的吊篮上(当然,客观来讲,这是危险动作,不推荐真的尝试),借用向下拉另一侧的绳子,能不能用力把自己拉上去?
下位魔導師 十八級
2樓 發表于:2025-11-22 14:31

这是一个非常有趣的物理问题!答案是:理论上可以,但实际操作起来非常困难,而且效率极低。


下面我们来详细分析一下:


核心原理:力的平衡与相互作用


1.  系统分析:我们可以把你、吊篮、滑轮和绳子看作一个整体系统。当你向下拉绳子时,你施加了一个向下的力。

2.  力的相互作用:根据牛顿第三定律(作用力与反作用力),当你对绳子施加一个向下的力时,绳子也会对你施加一个大小相等、方向向上的力。

3.  关键点:这个向上的力是通过你手中的绳子,作用在你本人(和你的吊篮) 上的。


两种理想化的情景分析


为了简化,我们先忽略滑轮摩擦和绳子重量。


情景一:绳子另一端被固定(不是问题中的情况)

这是最经典的自拉升场景。比如消防员从高处下降时。

•   你把绳子向下拉,绳子给你一个向上的反作用力。


•   因为绳子的另一端是固定的(比如挂在坚固的钩子上),这个反作用力可以轻松地将你和吊篮提上去。这就像你用手直接把自己提起来,虽然费力,但原理清晰。


情景二:绳子另一端悬挂着与你等重的物体(或空吊篮)——这更接近你的问题

这正是你描述的“定滑轮某一侧”的情况。假设你和你所在的吊篮总重为 G,另一侧的吊篮重量也是 G(或者是空的,但被你施加的力替代)。


•   初始状态:系统是平衡的,你和对面的重量相等。


•     开始拉绳:当你向下拉绳子时,会发生两件事:


    a.  绳子给你一个向上的力 F。

    b.  同时,为了拉下这段绳子,绳子另一端的张力会增大,导致对面的吊篮(或配重)会向上移动一段距离。


•   净效果:你施加的力 F,同时作用在了系统的两个部分:


    ◦   一个向上的力 F 作用在你身上。


    ◦   一个向上的力 F 也作用在对面的配重上。


•   结果:你和对面的配重会同时向中间(滑轮)靠近。也就是说,你确实会上升,但另一边的物体也会上升。从地面观察者的角度看,更像是你和另一个吊篮在“互相靠近”。


为什么实际操作非常困难?


1.  效率极低:你做的功需要同时提升两个部分(你自己和另一侧的重量),而不是只提升你自己。这使得它比“绳子一端固定”的情景要费力得多。

2.  需要巨大的力来打破平衡:在理想的平衡状态下(两边重量严格相等),你需要施加一个大于零的力才能启动。一旦启动,你需要持续用力才能让自己上升。

3.  稳定性和协调性:这是一个非常不稳定的动作。你需要有很好的核心力量来保持平衡,同时进行拉绳动作,很容易摇晃甚至翻转。

4.  摩擦力:现实中的滑轮有摩擦,这会消耗你很大一部分力气。


现实中的类似例子


一个类似的现实例子是“绳梯” 或“消防滑杆”。

•   消防员抱着滑杆,他用手和脚对杆施加一个向下的力,杆子就给他一个向上的反作用力,使他能够控制下降速度,甚至在必要时向上爬一点。


•   这里的“杆”或“绳梯”就相当于那根被固定的绳子。


结论


所以,回答你的问题:能,但不能。


•   从物理学原理上讲:这是完全可行的,因为你向下拉绳子的动作确实会产生一个将你向上推的反作用力。


•   从实际操作上讲:由于系统平衡、效率低下、危险性高等因素,这几乎是一个无法成功完成的杂技动作。你更可能会在原地挣扎,或者导致系统剧烈晃动而失去平衡。


你的这个想法非常好地体现了牛顿力学中作用力与反作用力的原理!

 
下位魔導師 十八級
3樓 發表于:2025-11-22 14:31
那如果是动滑轮呢?直接骑在一个动滑轮上(当然客观来讲这也是危险动作),拉自由侧的绳子,能否把自己拉起来呢?
 
下位魔導師 十八級
4樓 發表于:2025-11-22 14:32

好问题!这比定滑轮的情况要有趣得多,答案也更肯定一些。


答案是:可以,而且比定滑轮方案要省力和可行得多。 这其实就是滑轮组提升重物基本原理的一种特殊应用。


原理分析


我们来看一下为什么动滑轮方案是可行的。关键在于分析受力。


1.  系统构成:假设你和你骑着的动滑轮、吊篮总重为 G。一根绳子绕过这个动滑轮,一端固定在上方的某个点(比如横梁),另一端是自由端,握在你手里。这就构成了一个最简单的动滑轮系统。


2.  受力分析:

    ◦   对于动滑轮,承担重物的绳子有两段(一段是连接到上方固定点的,另一段是你手中的自由端)。


    ◦   在平衡状态下,这两段绳子共同承担总重量 G。因此,每段绳子上的拉力 F 是总重量的一半,即 F = G / 2。


3.  你如何上升:

    ◦   当你用手向下拉自由端的绳子时,你施加了一个向下的拉力 F。


    ◦   根据牛顿第三定律,绳子会给你一个大小相等、方向相反的反作用力。但更重要的是:由于滑轮的作用,这个拉力会同时作用在连接动滑轮的另一段绳子上。


    ◦   最终效果是,动滑轮(也就是你所在的位置)会受到两端绳子向上的拉力。这两个向上的拉力合起来,正好等于 2F。


    ◦   只要你施加的拉力 F 大于 G/2(即总重量的一半),这个向上的合力就会大于你的总重量 G,从而使你获得向上的加速度,把自己拉上去。


和定滑轮方案的对比


特性 定滑轮方案 动滑轮方案


原理 依赖反作用力,另一侧重量会相互影响 标准的动滑轮省力原理


费力程度 非常费力。你出的力几乎等于你的体重(还要额外拉动另一侧的重量)。 省力。理论上你只需要使出约一半的力(F ≈ G/2)。


距离关系 你拉下多长的绳子,你就上升多高的距离。 省力不省距离。你需要拉下2米长的绳子,你自己才上升1米。


可行性 极低,近乎杂技,难以实现。 理论上完全可行,稳定性也高得多。


一个更直观的理解方式


你可以把“你自己”和“你需要施加的拉力”分开来看:

•   你的身体是那个需要被提升的“重物”。


•   你的手臂是提供拉力的“发动机”。


在动滑轮系统中,你的“发动机”(手臂)在拉动“重物”(你的身体)时,享受到了动滑轮带来的省力好处。


现实中的类似应用


这种“自己拉自己”的动滑轮系统在现实中是存在的,通常被称为 “上升器” 或 “绳索攀升系统” ,常用于:

•   洞穴探险:探洞者需要沿绳索垂直上升。


•   工业高空作业:工人需要在绳索上调整高度。


•   军事和救援训练:训练人员利用绳索攀爬。


这些专业设备的核心就是一个或多个动滑轮组成的省力系统,让你可以用远小于体重的力量把自己提升上去。


结论


所以,你的直觉是对的。从定滑轮转向动滑轮,这个想法从一个“理论上可能但实践极难”的思维实验,变成了一个 “原理清晰且实际可行” 的机械方案。这正体现了简单机械(杠杆、滑轮、斜面等)的魅力——它们能改变力的大小和方向,让我们做到原本做不到的事情。


当然,再次强调,任何高空实验都必须有专业的安全保护措施!

 

回復帖子

內容:
用戶名: 您目前是匿名發表
驗證碼:
(快捷鍵:Ctrl+Enter)
 

本帖信息

點擊數:88 回複數:3
評論數: ?
作者:圆环之理
最後回復:圆环之理
最後回復時間:2025-11-22 14:32
 
©2010-2025 Purasbar Ver2.0
除非另有聲明,本站採用創用CC姓名標示-相同方式分享 3.0 Unported許可協議進行許可。