在放學回家的路上 小數蛙跟狐狸貓 聊到了自己最喜愛的超級英雄「超人」 他不僅有雷射眼 還可以飛天遁地 而且力大無窮呢！ 赤手空拳就可以直接折彎鐵條 小數蛙總幻想著能夠像超人一樣 正巧這時候經過了正在施工的空地 狐狸貓看到裡面的吊車 正吊著沉重的鋼筋緩緩升起 他靈光一閃　對著小數蛙說： 「小數蛙　讓我來利用知識的力量幫你圓夢！ 但在那之前　先幫你補補課吧！」 螢幕前的你 知道吊車是利用甚麼原理及工具 舉起沉甸甸的鋼筋的嗎？ 如果想要善用有限的力量 可以借助各種機械原理幫助我們達成目的 而要理解機械工作的原理 可以從最基本的幾種簡單機械開始學習 就像玩積木一樣 只要利用不同的簡單機械 就可以組合各式各樣實用的機械裝置 幫助我們省時、省力或操作更方便 之前介紹過的槓桿　便是最常用的簡單機械之一 此外　還有滑輪、 輪軸、齒輪、斜面以及螺旋 我們重新仔細來觀察吊車的外觀結構 你能發現哪些簡單機械元件呢？ 可以發現吊車上就有利用到滑輪這項工具 來幫助我們吊起重物呢！ 接下來　我們就先來了解 滑輪是怎麼幫助吊車吊起重物的吧！ 滑輪可以分成兩種： 分別是定滑輪以及動滑輪 定滑輪不隨繩索拉動而改變位置 因此稱作定滑輪 動滑輪的位置則可以隨著繩索拉動 與重物上下移動 定滑輪因不隨繩索拉動而改變位置 且以固定的軸心原地旋轉 屬於槓桿原理的應用之一 以支點為中心的槓桿 抗力臂、施力臂均等長 複習之前學過的槓桿原理 當抗力臂、施力臂等長時 無法省力 施力大小和物體重量相同 沒有節省到施力 當下拉繩長1公尺時 物體也會上升1公尺 因此　使用定滑輪 並無法讓物體的位移有額外的增加 所以不能省時 小數蛙這時候就覺得奇怪了 定滑輪既不能幫我們省力 又不能幫我們省時 那這樣工具有甚麼用呢？ 狐狸貓笑了笑說： 「小數蛙你有沒有發現 定滑輪改變了施力的方向 舉例來說 旗杆藉由定滑輪裝置 讓學校朝會升旗時 可以藉由往下拉動繩子 把旗幟送往高處 不然每次升旗 都要請人爬上竿子再爬下來 這樣多麻煩啊！」 小數蛙回應著：「說的也是 所以滑輪只能改變施力方向嗎？」 狐狸貓說：「別急，還有動滑輪呢！」 動滑輪可以想像成是一個抗力點在中間的槓桿 左側端點作為施力點 右側端點作為支點時 施力臂的長度是抗力臂的兩倍 若不考慮動滑輪本身質量 根據槓桿原理「2r乘以F等於r乘以W」 只需要施加等同於物體重量一半的力 就可以將物體抬起了 幫助我們節省力氣 但想要讓動滑輪以及物體上升1公尺 卻需將繩長上拉2公尺 因此　若以相同速率拉動繩子使物體升高 利用動滑輪會比定滑輪更為費時 動滑輪以及定滑輪搭配一起使用 成為簡單的滑輪組 便可以省力 同時改變施力方向喔！ 狐狸貓接著說： 「其實用在吊車上的簡單機械還不只如此」 小數蛙著急地說：「狐狸貓那你趕快接著說 我要把所有技巧都學完 我才能像超人一樣　力大無窮」 狐狸貓便接著介紹 其實吊車中 也用到了另外一種被稱為輪軸的簡單機械 像是方向盤或是車輪　都是一種輪軸的應用！ 輪軸是將兩個不同半徑的同心圓 固定在同一轉軸上 大的稱為輪 小的稱為軸 由於輪軸裝置是一個同心圓 輪轉一圈　軸也會轉一圈 我們可以把輪軸看成是槓桿裝置 軸心視為支點 而因為施力在輪上 所以輪的半徑就是施力臂 而抗力在軸上 所以軸的半徑就是抗力臂 由此可以看出輪軸也是槓桿原理的應用 如果今天施力的位置是在輪上 抗力在軸上　以輪帶軸 畫出來的槓桿圖形中 施力臂大於抗力臂 能夠達到省力的效果 但是費時 舉例來說 常見的工具「螺絲起子」就是這類型的輪軸 施力在輪上 幫助我們旋開扭得很緊的螺絲釘 如果施力的位置是在軸上 抗力在輪上　以軸帶輪 畫出來的槓桿圖形中 施力臂小於抗力臂　能夠達到省時的效果 但是費力 舉例來說 夏天一定會用到的電風扇就是這類型的輪軸 利用省時的特性 電風扇很快就可以達到很高的轉速 現在換螢幕前的你想一想 吊車上的方向盤以及車輪是哪種類型的輪軸呢？ 小數蛙說：「介紹完了這麼多知識 狐狸貓應該可以運用這些知識 來幫助我折彎鐵棍了吧！」 狐狸貓拿來了一條毛巾以及一支長棍 小數蛙好奇的問：「咦？ 狐狸貓你拿這些東西來幹嘛呢？ 不會是要我練習棍法 習武強身 未來就可以折彎鐵條吧？」 狐狸貓對小數蛙說：「你睜大眼睛看好囉！」 只見狐狸貓在固定住的兩根鐵棍之間 用毛巾打了個結 並將長棍插進毛巾所成的圈中 開始旋轉長棍 此時長棍就變成了輪 而軸就是被勒緊的毛巾 毛巾及長棍一起旋轉 形成一個以輪帶軸的輪軸 是省力費時的裝置 需要多花點時間去扭轉長棍 但好處是能讓我們比較輕鬆的折彎鐵條囉！ 小數蛙興奮的說：「真是太酷了 沒想到真的可以不用依靠超能力 只用自己微薄的力量加上輪軸的應用 人人都可以是超人」 小數蛙迫不及待的 把今天所有學到的重點整理起來 今天學到兩種簡單機械 分別是滑輪以及輪軸 滑輪分為定滑輪以及動滑輪 定滑輪雖然不能夠省力也不能省時 但能夠改變施力的方向 動滑輪可以省力 不考慮動滑輪的重力時 只需要施物體重量一半的力即可將物體舉起 但操作過程費時 輪軸的功能則端看你施力的位置來決定 如果施力在輪上　可以省力　但是費時 例如：螺絲起子 如果施力在軸上　可以省時但是費力 例如：擀麵棍 最後 有一個小小的挑戰 想要考考螢幕前的你 日常生活中 常見的腳踏車 其實也有用到輪軸裝置喔！ 想一想 並試著把所有腳踏車 使用到的輪軸裝置圈出來吧！