[問題] 腳踏車省時又省力,違反簡單機械不能省功
看板Physics作者alan23273850 (God of Computer Science)時間3年前 (2020/12/29 01:33)推噓16(16推 0噓 30→)留言46則, 12人參與討論串1/1
【出處】看完國中理化教材想到的問題
【題目】汝題,我們國中理化老師的教材裡面寫道,https://imgur.com/7LitRKw
機械只能傳遞功與能,不能 "省" 功與能。可是以腳踏車為例,它也是一個
機械,可是省時又省力,這樣不就 implies 省功與能了嗎?那麼那些省下來
的能量是如何被腳踏車吸收的呢?
【瓶頸】如教材上所說,不能省功能的話,要嘛省力費時,要嘛省時費力,怎麼會有同時
省時又省力的簡單機械呢?合理性?原理?
【同場加映】我今天同時也讀到作用力與反作用力一節,對於人施力這個動作感到好奇,
我有仔細想過這其實是一個假問題,不過還是想提一下,因為作用力與反作用力標榜量值
相同,方向相反,作用的對象也相反,那這也 implies 這些受力對象其實可以形成一個
chain,那麼這個 chain 的源頭會留在人體內部嗎?源頭的力量又從哪裡來?因為它不像
萬有引力這樣本就存在,而是人自發性的動作,所以才對力量真正的來源感到好奇。
先說我其實已經對這個問題有所結論 (才說是假問題),只是好奇板友怎麼想而已。
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所以聽起來按照 ERT 大的解釋,原本拿掉棘輪功用的腳踏車可算是單純的機械,也就是
省時費力 (只要腳很費力的用某種方式持續轉動車輪的話可以比單純步行更快到目的地),
但是加上踏板那些 "省力的輪軸" 裝置的話,才形成一台功能完整的腳踏車。另外,加上
Roshiel 大的補充,輪子的特性也巧妙地從移動修正成天生摩擦力較小的轉動,也算是
腳踏車省力的第二原因。統整一下:
(1) 古代不含踏板的腳踏車算是簡單機械,省時費力。
(2) 輪子的特性天生從移動修正成轉動,已減少些許步行時所需的摩擦力,而這不違反
簡單機械的定義。
(3) 加上輪軸踏板後的腳踏車變得省力,但輪軸本就不屬於簡單機械,故不違反定義。
不過我還是不太懂要怎麼用簡單機械和輪軸這兩個詞去解剖腳踏車的各部件,進而去流暢
地推出腳踏車省時省力的結論?
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能量使用方式 (滾動優於移動) +1 這邊還提到有氣沒氣的輪胎也會影響效率
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感謝大大提醒我另一件事,總費力程度應為 F * t 而不是 F * S,
兩者確實不能混為一談。
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https://kknews.cc/zh-tw/education/8mkyq4.html
這篇文用斜面舉重物,搭配摩擦力的有無,說明機械只可能更費功而不可能省功,
這更釐清我對 (簡單) 機械的定義理解。
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我現在也這樣覺得!延伸 Question: 那有沒有一種方式可以精準判斷眼前的道具是否為
(簡單)機械?這只是延伸思考不求答案。
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能量使用方式 (滾動優於移動) +1
總結來說,腳踏車因為用滑動 (搭配輪轂系統的棘輪) 的方式天生就比步行還來的省力,
另外輪胎的氣壓也直接影響了省力程度,但因為這兩個因素已經造成省功,所以不是簡單
機械!再次感謝各位大大鼎力相助!
延伸 Question:近幾年的學測或指考物理似乎沒有出過四輪車與地面滾動摩擦來去計算
滑行距離的題目,如果有這類題目的話或許也可以拿來玩玩看!
(可直接推文考古題給網友參考)
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我對生物不熟XD 暫不探討到那麼細
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沒錯,這覆議了我上面提的結論。
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大大讚讚讚,我沒想到這個例子,這個更貼切的描述腳踏車的省功精神。
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理不理想確實是看環境的參數假設。
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用人體質心來看好像也是不錯的唷XD
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大大是 focus 在輪軸的部分,我原問題是真的好奇為什麼腳踏車會比較省力,但看來那個
問題不應該跟簡單機械這個 term 綁在一起。
※ 編輯: alan23273850 (140.109.16.166 臺灣), 01/05/2021 10:14:27