本⽂所讲的问题,或许在很多⼈看来不是问题。但它却被多个物理爱好者反复质疑和讨论,所以还是有写⼀写的必要。如下图,⼀根轻绳绕过轻质动滑轮,滑轮上吊着⼀个重物,当斜向上拉绳时,滑轮和重物被拉起来了。问题:既然绳只能提供沿⾃身⽅向的拉⼒,但滑轮却受到了向上的⼒,该如何解释这个⼒?你可能认为很简单:把滑轮和重物的整体当作质点,按⼒的合成法则,这个⼒就是绳的拉⼒的合⼒嘛,其值为,⽅向竖直向上。
但有很多⼈对此并不认同:绳明明是沿着切向拉的,滑轮怎么会获得向上的⼒呢?他们认为:拉⼒作⽤在绳上的,没有作⽤在滑轮上,但滑轮却莫名其妙地获得了⼀个向上的⼒,这是为什么呢?仔细想想,这个问题的确不简单。按⼒的合成来分析,虽然结论是对的,但并没有解释滑轮所受的向上的⼒是如何产⽣的。毕竟,⼒的作⽤,必须要明确,受⼒、施⼒物体是什么?作⽤点在哪⾥?
很多⼈并没有想清楚,他们甚⾄想当然地认为:滑轮受到了向上的拉⼒!但问题是,绳⼦⼜没有系在轮⼦上,它只是绕过滑轮,你说它在拉滑轮?但拉⼒不是只能沿着绳⼦的⽅向吗?其实,绳⼦压根没有拉滑轮,实际上,它在压滑轮!没错,起作⽤的是绳⼦对滑轮的压⼒!压得越厉害,拉得越有⼒。
由于绳⼦和滑轮都是轻质的,因此绳⼦的拉⼒⼤⼩处处相同,但⽅向是变化的,它总是沿着所在位置的切线⽅向,正是这种变化提供了对滑轮的各处的正压⼒。现在你明⽩了,动滑轮所受到向上的⼒,是由⽆数个这样的积累⽽成的,它们对应⽆数个正压⼒竖直分量。到此,关于动滑轮是如何被绳⼦拉起来的问题,解释完毕。所得结论是:动滑轮之所以被绳⼦“拉”起来,并⾮是拉⼒直接导致的,⽽是绳⼦在所有点的压⼒的竖直分⼒的合⼒造成的。
实际上,不光动滑轮如此,定滑轮,甚⾄任何被绳⼦缠绕的物体都是因为受到绳⼦的压⼒,才被绳⼦拉动的。很多⼈以为轻绳只能产⽣拉⼒,现在看到,轻绳还可以产⽣压⼒。⽽既然绳⼦能产⽣压⼒,那么它当然还可以产⽣摩擦⼒!因此,顺着本⽂所给的正压⼒的分析结果,你就可以直达摩擦⼒的规律。