龙骨水车的工作原理是什么?
由于龙骨水车结构合理,可靠实用,所以能一代代流传下来。直到近代,龙骨水车作为灌溉机具现在已被电动水泵取代了,然而这种水车链轮传动、翻板提升的工作原理,却有着不朽的生命力。
马钧的翻车是利用人力转动轮轴灌水,后来由于轮轴的发展和机械制造技术的进步,发明了以畜力、风力和水力作为动力的龙骨水车,并且在全国各地广泛使用。
龙骨水车
古代水车原理
元末明初,萧山曾出现过一位奇人,他就是发明牛转龙骨水车,得到明太祖嘉许的单俊良。
单俊良年幼时,有一天,他正在唐家桥畔钓鱼,忽见一老翁向他走来,便起身道安。礼毕,继续垂钓。
老翁望着这位懂礼节的孩子,不住地颔首微笑说:“孺子可教也,望能造福乡里。”并从怀中取出一书,交给了他。未等单俊良道谢,老翁便隐去。
单俊良手捧宝书,爱不释手,哪里还有心思钓鱼,便收拾钓具回家。此后,他整天埋头苦读,学识日见长进。
明初,由于农业生产的需要,已从戽水灌田发展到普遍使用脚踏或手牵龙骨水车引水灌田。但是,劳作极为辛苦,而且灌溉效率也不高。每遇天旱,更不能救急。
单俊良从山区居民引溪水冲击水碓大木轮转动石杵、舂米打料受到启发,试制一种用畜力替代人力的水车,来减轻农民的劳动强度。经过反复试验,不断琢磨,终于发明了牛转水车。
这种水车,运用齿轮变速的原理,由牛拉动一个很大的木制转盘,通过大齿轮,把动力传到装在水车头上的小齿轮上,大齿轮转一圈,小齿轮就可转上数圈,紧扣小齿轮的龙骨车板就把河水连续戽上来。
这一新型灌溉农具的使用,是我国农具史上的一次革新,不仅大大减轻了江南农民的劳动强度,也提高了灌溉效率。
不久,地方政府将这种牛转龙骨水车绘成图纸,送给朝廷。明太祖看到后称赞不已,专下诏书,加以推广。这样,牛转龙骨水车很快在江南农村推广普及。
水车的原理就是把水流向前的推力转换成水的重力势能.
现在对水车进行受力分析(本身的重力和支持力略):
流水对水车施加一个向前的推力F,该力的力臂始终等于水车半径R.它的趋势是推动水车逆时针转动;同时,水车受提上来水的重力(始终向下)G的作用,它的趋势是推动水车顺时针转动,但是它的力臂是小于R的(具体值需要用到微积分,假设等于R/2).
那么水车转动的前提就是FR>GR/2,即F>G/2.
水车都满足这个前提条件,所以会一直转.
如果提水的水桶太大或者水流速度太小小,那么水车就转不动了.
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