力矩以力矩平衡
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力学力矩与力矩平衡力矩是力学中的一个重要概念,它在物体静力学和动力学问题的分析中起着重要的作用。
力矩的概念最早由希腊数学家阿基米德提出,它描述了一个力绕某个点旋转的趋势。
力矩的平衡是力学中力的静态平衡条件的重要体现。
一、力矩的定义及计算公式力矩是一个矢量量,它的大小表示力的大小和作用点离旋转轴的距离的乘积,方向垂直于旋转轴。
根据力和力臂的关系,力矩可以通过以下公式来计算:力矩(M)=力(F) ×力臂(d)力的单位是牛顿(N),力臂的单位是米(m),力矩的单位是牛顿·米(Nm)。
二、力矩平衡的条件力矩平衡是物体处于平衡状态的一个重要条件。
在力矩平衡条件下,物体不会产生转动,而保持静止或匀速直线运动。
力矩平衡的条件是总力矩等于零,即:ΣM = 0其中,ΣM表示总力矩,它是所有力矩的代数和。
根据这个条件,可以解决静态平衡问题,如悬挂物体的平衡、桥梁的平衡等。
三、力矩平衡的应用示例1. 悬挂物体的平衡在解决悬挂物体平衡问题时,力矩平衡条件是非常有用的。
例如,一根木杆的一端悬挂着一个重物,要使木杆保持平衡,必须满足力矩平衡条件。
即使重物的质量很大,只要调整悬挂点的位置,使总力矩等于零,木杆就能够保持平衡。
2. 桥梁的平衡力矩平衡条件也可以应用于桥梁的平衡分析中。
桥梁结构中的吊索、悬浮桥等都需要满足力矩平衡条件。
通过计算各个力的力矩,并使它们的代数和等于零,可以计算出桥梁各个部分的力的大小和方向,从而保证桥梁的平衡。
四、力矩平衡的重要性力矩平衡是力学分析中重要的基本原理之一,它为解决复杂的静态平衡问题提供了依据。
通过力矩平衡条件,我们可以分析和计算物体所受力的大小和方向,也可以确定平衡状态是否存在。
力学力矩的应用非常广泛,不仅在物理学和工程学中有重要的作用,在日常生活中也大量存在。
例如,门的开关、自行车的转向原理等都涉及到力矩的平衡。
在工程领域,力矩平衡的应用更为广泛。
例如,建筑工程中的悬挂物体平衡、桥梁荷载分析、机械设备的平衡设计等都需要力学力矩的知识来进行分析和设计。
力矩力矩的平衡力矩力矩的平衡1.什么是物体的平衡状态?物体在共点力的作用下,如果保持静止或者做匀速直线运动,我们就说这个物体处于平衡状态。
2.在共点力作用下,物体的平衡条件是什么?F合= 0OA为轻质杆,求绳AB上的拉力B F2θOA F1 GG1G若考虑OA的重力由于OA的重量G1与其余三个力为非共点力,就不能用前面学到的知识解题,要用到今天上讲的知识。
一、转动平衡1、力可以使物体转动:(1)门转动时,门上各点绕门轴做圆周运动。
(2)电风扇转动时,叶片上各点都沿圆周运动,圆周的中心在同一直线上。
2、转动轴:物体转动时,各点做圆周运动的圆心的连线。
3、转动平衡:一个有固定转动轴的物体,在力的作用下,如果保持静止(或匀速转动),我们称这个物体处于转动平衡状态。
4、物体的平衡状态:包括保持静止、匀速直线运动、匀速转动这三种状态。
力对物体的转动作用跟什么因素有关?举例1力越大,力对物体的转动作用越大演示2即力臂演示3力和转动轴的距离越大,力对物体的转动作用越大力对物体的转动作用与转动轴到力的作用点的距离没有必然关系力臂:从转动轴到力的作用线的垂直距离。
※力臂的找法一轴:即先找到转动轴;二线:找到力的作用线;三垂直:从转轴向力的作用线作垂线示例:如图表示有两个力F1和F2作用在杠杆上,杠杆的转动轴过O点垂直于纸面,求F1和F2对转动轴的力臂?A L1OB L2F1 说转动轴到力的作用点的距离明不是力臂。
F2练习1:均匀正方形,边长为a,可绕过C点的水平轴转动,重力的力臂多大?在A点施力,如何使力臂最大?如何使力臂最小?力臂能否大于作用点到轴的距离?A a D a C B练习2:均匀杆重为G,用水平力F拉住,(1)画出F和G的力臂,(2)写出其表达式,(3)当增大时,它们的力臂各如何变化?F L O决定物体转动效果的两个因素:1.力的大小;2.力臂。
力和力臂的乘积越大,力对物体的转动作用就越大力矩为反映力对物体的转动作用大小而引入力矩的概念.二、力矩(M):力矩总是对某一转轴而言的,对不同的转轴,同一个力的力臂不同,力矩也不同。
力矩与力矩平衡力矩是物理学中描述物体受力情况的重要概念,它对于分析和解决力的平衡问题具有至关重要的作用。
在本文中,将介绍力矩的概念、计算方法以及力矩平衡的理论基础。
一、力矩的概念力矩是指作用在物体上的力对于物体的转动效应。
当力作用于物体上时,会产生一个转动力矩,该力矩的大小等于力的大小乘以作用点到转轴的垂直距离。
力矩的方向由右手定则确定,即将右手握紧,使拇指指向力的方向,四指所指方向即为力矩的方向。
二、力矩的计算方法力矩的计算方法可以通过以下公式得到:M = F × d其中,M表示力矩,F表示作用在物体上的力的大小,d表示力的作用点到转轴的垂直距离。
三、力矩平衡的条件力矩平衡是指物体所受外力的力矩之和等于零的状态。
力矩平衡的条件可由以下公式表示:ΣM = 0即所有作用在物体上的力矩之和等于零。
四、力矩平衡的应用1.杠杆原理杠杆原理是力矩平衡的重要应用之一。
当一个杠杆处于平衡状态时,根据力矩平衡的条件可以推导出如下公式:F1 × d1 = F2 × d2其中,F1和F2分别表示两个力的大小,d1和d2表示力的作用点到转轴的垂直距离。
根据杠杆原理,可以通过调节力和距离的大小来实现平衡状态。
2.测量未知力的大小力矩平衡还可以用于测量未知力的大小。
利用力矩平衡的条件,可以通过调节已知力和距离的大小来平衡物体。
当物体达到平衡状态时,已知力和未知力的力矩平衡条件可以用以下公式表示:F1 × d1 = F2 × d2通过测量已知力和已知距离的大小,可以计算出未知力的大小。
3.力矩平衡的应用于机械装置力矩平衡的理论基础被广泛应用于各种机械装置的设计与工作过程中。
通过合理设计力臂的长度,可以实现平衡状态,以保证机械装置的正常运行和稳定性。
五、总结力矩与力矩平衡是物理学中重要的概念和理论基础。
力矩的计算方法通过力的大小和作用点到转轴的垂直距离进行计算。
力矩平衡的条件要求物体所受外力的力矩之和等于零。
力与平衡:理解力矩和力的平衡力矩和力的平衡是物理学中重要的概念,通过它们我们可以理解物体受力的情况及其相应的平衡状态。
本文将详细介绍力矩和力的平衡的概念、原理和实际应用。
一、力矩的概念与原理力矩是物体受到的力在一个参考点周围产生的转动效应。
当一个力施加在一个物体上时,该力会引起物体的转动。
而力矩则是用来描述这种转动效应的物理量。
力矩的大小等于力的大小与力臂的乘积,力臂是参考点到力的作用线的垂直距离。
力矩的方向则由参考点、力的作用线和力的方向确定。
根据右手定则,当用右手拇指指向力的方向,四指垂直于拇指指向的方向,则手指的方向所指即为力矩的方向。
在平衡条件下,物体所受的合力和合力矩均为零。
即ΣF=0和Στ=0,其中Σ表示矢量和,F表示力,τ表示力矩。
这是因为在平衡状态下,物体受力和受力矩的效果互相抵消,使得物体不发生平动和转动。
二、力的平衡的概念与原理力的平衡是指物体所受的合力为零的状态。
当物体所受的合力为零时,物体处于力的平衡状态,即物体不发生平动。
力的平衡可以分为平行力的平衡和非平行力的平衡两种情况。
1. 平行力的平衡平行力的平衡是指物体所受的平行力的合力为零的状态。
当若干个平行力作用在同一个物体上,且它们的合力为零时,物体将处于平行力的平衡状态。
在这种情况下,物体不会产生平动,但可能会产生转动。
平行力的平衡条件可以通过力的合成和分解来说明。
根据乌尔萨法则,若干个平行力的合力等于这些平行力的代数和,即|ΣF|=|F1|+|F2|+...+|Fn|。
当合力为零时,即ΣF=0,物体处于平行力的平衡状态。
2. 非平行力的平衡非平行力的平衡是指物体所受的非平行力的合力为零的状态。
当若干个非平行力作用在同一个物体上,且它们的合力为零时,物体将处于非平行力的平衡状态。
在这种情况下,物体既不会产生平动,也不会产生转动。
非平行力的平衡条件可以通过力矩的平衡来说明。
根据力矩的平衡条件Στ=0,若干个力产生的力矩之和为零。
力的矩与力矩平衡的条件力的矩与力矩平衡是物理学领域的一个重要概念。
在力学研究中,我们常常要探究物体的平衡状态以及它们之间的关系。
力的矩与力矩平衡用于解释物体在力的作用下的旋转平衡条件。
本文将介绍力的矩的定义、力矩平衡的条件以及力矩平衡在生活中的应用。
首先,我们来了解力的矩的定义。
力的矩是指一个力对物体产生的旋转效果。
具体来说,力的矩等于力的大小乘以力臂的长度。
力臂是指力作用点到物体的旋转轴的垂直距离。
力的矩可以使物体产生旋转运动,使其绕一个固定的轴旋转。
如果物体处于平衡状态,那么力的矩必须为零,即力矩平衡。
其次,我们来探讨力矩平衡的条件。
力矩平衡意味着物体受到的所有力矩总和为零。
这可以用一个简单的公式来表示:ΣM = 0,其中ΣM 代表力矩的总和。
为了使得力矩平衡成立,有两个条件必须同时满足。
第一个条件是力的合力为零。
这意味着物体受到的所有力在水平方向上相互抵消,没有净合力作用于物体上。
如果物体受到的净合力不为零,则物体将产生加速度,无法保持平衡状态。
第二个条件是力的合力矩为零。
这意味着物体受到的所有力的矩的总和为零。
在力矩平衡的条件下,力的矩可以通过以下公式计算得到:ΣF × d = 0,其中ΣF代表力的合力,d代表力臂的总和。
如果物体受到的净合力矩不为零,物体将开始旋转,从而失去平衡。
力矩平衡的条件在我们的日常生活中有着广泛的应用。
例如,我们在使用扳手时,为了使螺丝与螺母之间的力达到平衡,需要应用适当的力矩。
通过增加或减小扳手的长度,我们可以调整力矩的大小,以便施加合适的力来达到平衡。
另一个例子是天平,天平的原理就是利用力矩平衡来测量物体的质量。
当物体放在天平两端时,如果两端产生的力矩平衡,则可以得出物体的质量。
天平通过调整并比较两端的力和力臂长度,从而实现质量的测量。
在工程领域中,力矩平衡也是一个重要的概念。
例如,在建筑物的结构设计中,工程师必须确保各个部件受到的力矩平衡,以确保整个建筑物的稳定性和安全性。
机械静力学力矩平衡原理机械静力学力矩平衡原理是机械静力学的基础原理之一,用于分析平衡物体受力情况和力矩平衡条件。
力矩平衡原理在机械设计和工程实践中起着重要的作用,它能够帮助工程师合理设计结构,并保证机械系统的稳定性和安全性。
1.力矩平衡原理的定义在机械静力学中,力矩是指力对物体产生的转动效应。
力矩平衡原理通过分析物体受力情况和力矩的平衡条件,判断物体是否处于平衡状态。
2.力矩的定义和计算方法力矩由力和力臂组成,力臂是力的作用线与物体旋转轴的垂直距离。
力矩的计算公式为:力矩 = 力 ×力臂。
3.力矩平衡条件的推导力矩平衡条件可以通过分析物体受力情况和力矩的平衡关系得出。
在平衡状态下,物体受力和力矩的合力和合矩均为零。
根据这一条件可以得到力矩平衡的数学表达式。
4.力矩平衡的应用力矩平衡原理在机械设计和工程实践中有广泛的应用。
例如,在起重机械设计中,通过分析各个部件的力矩平衡条件,可以确定合适的材料和结构,保证机械的稳定性和安全性。
5.力矩平衡案例分析以一个简单的杆和两个施加在杆上的力为例,来说明力矩平衡原理的具体应用过程。
通过分析力和力臂的关系,可以得出力矩平衡的条件。
6.力矩平衡原理的局限性力矩平衡原理适用于平衡状态下的静止物体,但对于动态物体或非平衡状态下的物体则不适用。
在实际工程中,还需考虑动力学和非平衡状态下的力学现象。
7.力矩平衡原理的研究现状力矩平衡原理是机械静力学的基础,其研究与应用在机械工程领域中较为成熟。
近年来,随着科学技术的发展,力矩平衡原理的研究也在不断深入,涉及到了更加复杂和精确的力学问题。
总结:机械静力学力矩平衡原理是机械设计和工程实践中的重要基础原理。
通过分析物体受力情况和力矩平衡条件,可以判断物体是否处于平衡状态,并帮助工程师合理设计结构。
力矩平衡原理在机械工程领域中有广泛的应用,但也存在一定的局限性。
在未来的研究中,需要进一步深入探讨力矩平衡原理在复杂和精确的力学问题中的应用。
[力矩平衡]力矩平衡:力矩平衡篇一: 力矩平衡:力矩平衡-前言,力矩平衡-平衡条件力矩是改变转动物体的运动状态的物理量,门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时,必须受到力的作用。
但是,我们若将力作用在门、窗的转轴上,则无论施加多大的力都不会改变其运动状态,可见转动物体的运动状态和变化不仅与力的大小有关,还与受力的方向、力的作用点的影响有关。
力的作用点离转轴越远,力的方向与转轴所在平面越趋于垂直,力使转动物体运动状态变化得就越明显。
物理学中力的作用点和力的作用方向对转动物体运动状态变化的影响,用力矩这个物理量综合表示,因此,力矩被定义为力与力臂的乘积。
力矩概括了影响转动物体运动状态变化的所有规律,力矩是改变转动物体运动状态的物理量。
力矩平衡_力矩平衡-前言如果1个物体所受到的力的合力矩的代数和是0,那么就说这个物体处于力矩平衡状态动力臂长*动力=阻力臂长*阻力此时处于力矩平衡状态这个公式可利用于天平,翘翘板,杠杆原理等应用计算力矩平衡_力矩平衡-平衡条件有固定转动轴的物体的平衡是指物体静止,或绕转轴匀速转动;有固定转动轴物体的平衡条件是合力矩为零,即∑Fx=0,也就是顺时针力矩之和等于逆时针力矩之和。
一般平衡条件:合力为零,合力矩同时为零,即∑Fx=0,∑Fy=0,∑M=0。
篇二: 90力矩平衡有固定转动轴物体的平衡同步精练精练一1.某同学用一不等臂天平称量物体A的质量,他先把物体A 放在天平的右方托盘上,使天平平衡时,左托盘上所放的砝码的质量为m1;他把物体A再放在天平的左托盘上,使天平平衡时,右方托盘上所放砝码质量为m2。
被称物体质量等于m1m2/2m1m2/无法确定.2.对于有固定转动轴的物体,下列说法中正确的是有固定转动轴的物体只要在转动,其合力矩必不为零两个同方向的力作用在有固定转动轴物体上产生的力矩也必同方向力臂最长不超过力的作用点到转动轴的距离两个力作用于同一点,力大的产生的力矩一定也大3.如图所示,均匀杆AB重为10N,右端A铰接于墙上,杆恰水平,B端用一细绳系于墙上的C点,且在B端挂一物体,物体重为20N,则绳子张力大小为。
通过力矩分析判断力矩平衡力矩是物理学中的重要概念,它描述了物体受到力的作用时产生的转动效应。
力矩平衡是指物体所受到的所有力矩之和为零,即物体处于平衡状态。
在工程学、力学、建筑学等领域中,力矩平衡的判断是非常重要的,它可以帮助我们分析和解决各种实际问题。
首先,让我们来了解一下力矩的概念和计算方法。
力矩是由力和力臂组成的,力臂是力作用点到旋转轴的垂直距离。
力矩的计算公式是:力矩 = 力 ×力臂。
力矩的单位是牛顿米(Nm)。
在力矩平衡的判断中,我们需要考虑物体所受到的所有力和力矩,以及它们的方向和大小。
如果物体所受到的所有力矩之和为零,则物体处于平衡状态;如果力矩之和不为零,则物体处于不平衡状态。
为了更好地理解力矩平衡的判断方法,我们可以通过一个简单的例子进行分析。
假设有一个平衡木,一端放在墙上,另一端悬空。
我们需要判断平衡木是否处于平衡状态。
首先,我们需要考虑平衡木所受到的所有力和力矩。
在这个例子中,平衡木受到的力有两个:一是墙对平衡木的支持力,二是地面对平衡木的重力。
接下来,我们需要计算这些力的力矩。
假设墙对平衡木的支持力为F1,地面对平衡木的重力为F2。
平衡木的长度为L,墙与平衡木的接触点到旋转轴的距离为d1,平衡木的中点到旋转轴的距离为d2。
根据力矩的计算公式,墙对平衡木的支持力的力矩为F1 × d1,地面对平衡木的重力的力矩为F2 × d2。
在力矩平衡的判断中,我们需要考虑力矩的方向。
在这个例子中,墙对平衡木的支持力的力矩的方向是逆时针,地面对平衡木的重力的力矩的方向是顺时针。
因此,力矩平衡的条件是F1 × d1 = F2 × d2。
通过上述分析,我们可以得出结论:如果平衡木所受到的墙对平衡木的支持力和地面对平衡木的重力满足力矩平衡的条件,即F1 × d1 = F2 × d2,那么平衡木处于平衡状态;如果不满足力矩平衡的条件,那么平衡木处于不平衡状态。
力矩和力矩平衡一:力矩的概念力矩是改变转动物体的运动状态变化的物理量,门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时,必须受到力的作用。
但是,我们若将力作用在门、窗的转轴上,则无论施加多大的力都不会改变其转动状态,可见物体的转动运动状态的变化不仅与力的大小有关,还与受力的方向、力的作用点有关。
力的作用点离转轴越远,力的方向与转轴所在平面越趋于垂直,力使转动物体运动状态变化得就越明显。
在物理学中力对转动物体运动状态变化的影响,用力矩这个物理量来表示,因此,力矩被定义为力与力臂的乘积。
力矩概括了影响转动物体运动状态变化的所有规律,力矩是改变转动物体运动状态的物理量。
力矩是表示力对物体产生转动作用的物理量,是物体转动转动状态改变的原因。
它等于力和力臂的乘积。
表达式为:M=FL,其中力臂L是转动轴到F的力线的(垂直)距离。
单位:Nm 效果:可以改变转动物体运动状态。
转轴:物体转动时,物体上的各点都沿圆周运动,圆周的中心在同一条直线上,这条直线就叫转轴。
特点:1,体中始终保持不动的直线就是转轴。
2,体上轴以外的质元绕轴转动,转动平面与轴垂直且为圆周,圆心在轴上。
3,转轴相平行的线上各质元的运动情况完全一样。
大多数情况下物体的转轴是容易明确的,但在有的情况下则需要自己来确定转轴的位置。
如:一根长木棒置于水平地面上,它的两个端点为AB,现给B端加一个竖直向上的外力使杆刚好离开地面,求力F的大小。
在这一问题中,过A点垂直于杆的水平直线是杆的转轴。
象这样,在解决问题之前,首先要通过分析来确定转轴的问题很多,只有明确转轴,才能计算力矩,进而利用力矩平衡条件。
作用于同一物体的同一力,由于所取转轴的位置不同,该力对轴的力矩大小可能发生相应的变化,对物体产生转动作用的方向(简称“转向”)也可能不同。
例如如右图中的力F ,若以1o 为轴(即对1o 取矩)其力矩为M 1=FL 1,使物体逆时针转,若以2o 为轴(即对2o 取矩)其力矩为M 2=FL 2,使物体顺时针转,由图可知L 1< L 2,故M 1< M 2,且二者反向。
由此可见,一谈力矩,必须首先明确是以何处为轴,或对谁取矩。
力矩的方向:力矩:力臂(L)和力(F )的叉乘(M)。
即:M=L×F。
其中L 是从转动轴到着力点的矢量, F 是矢量力;力矩也是矢量。
补充知识:矢量积(叉乘)1、定义:对矢量b a 与,若矢量c 满足 2,的模θsin b a c =,b a 与为θ之间夹角;3,的方向垂直于b a 与所决定的平面,且c 的指向满足右手法则; 则称为b a c 与为的向量积,记为b a ⨯,即b a c ⨯=。
右手法则:伸出你的右手,从力臂(指向力的作用线)向力的方向握,那么大拇指的方向就是力矩的方向。
力矩的计算:①先求出力的力臂,再由定义求力矩M =FL ,如图中,力F 的力臂为L F =Lsin θ,则力矩M =F •L sin θ2,把力沿平行于杆和垂直于杆的两个方向分解,平行于杆的分力对杆无转动效果,力矩为零;平行于杆的分力的力矩为该分力的大小与杆长的乘积。
如图中,力F的力矩就等于其分力F1产生的力矩,M =F sin θ•L 。
两种方法不同,但求出的结果是一样的,对具体的问题选择恰当的方法会简化解题过程。
力使物体转动改变的效果不仅跟力的大小有关,还跟力臂有关,即力对物体的转动效果决定于力矩。
①当臂等于零时,不论作用力多么大,对物体都不会产生转动作用。
②当作用力与转动轴平行时,不会对物体产生转动作用,计算力矩,关键是找力臂。
需注意力臂是转动轴到力的作用线的距离,而不是转动轴到力的作用点的距离。
大小一定的力有最大力矩的条件:1,作用在离转动轴最远的点上;2,的方向垂直于力作用点和转轴的连线与转轴所构成的平面。
二:定转动轴物体的转动平衡转动平衡:有转动轴的物体在力的作用下,如果保持静止或匀速转动状态,我们称这个物体处于转动平衡。
平衡条件:作用于物体上的全部外力对固定转动轴所取力矩的代数和为零。
沿着转轴观察,力矩的转动效应不是使物体沿顺时针转,就是逆时针转,若使物体沿顺时针转的力矩为正,则使物体沿逆时针转的力矩就为负。
当不好判断力是使物体沿哪个方向转动时,可以将力分解带沿杆和垂直于方向沿杆的分力力矩为零(或者垂直于面和平行与面或者轴,其中平行与面或者轴的分力力矩为零)当作用在有固定转动轴物体上的顺时针方向力矩之和与逆时针方向力矩之和相等时,物体将处于静止或匀速转动状态。
有固定转动轴物体的平衡的表达式为:-+∑=∑=∑M M O M 或力偶距:作用在物体上的大小相等.方向相等.作用线平行的两个力组成一个力偶。
它对物体只有转动作用,其大小积为力偶距:力偶距=力×力偶臂.力偶臂等于两个力作用线间的距离.力偶距的正负也由它使物体转动方向来确定;逆时针为正,顺时针为负。
FF 2利用转动平衡解题的步骤;(1确定研究对象——哪个物体;(2分析状态及受力——画示意图;分析研究对象的受力情况,找出每一个力的力臂,分析每一个力矩的转动方向;(3列出力矩平衡方程:∑M=0或∑M 顺=∑M 逆; (4解出字母表达式,代入数据; (5作必要的讨论,写出明确的答案。
一般物体的平衡条件此处所谈的“一般物体”是指没有固定转动轴物体。
对一个“一般物体”来说,作用在它上面的力的合力为零,对任意一点的力矩之和为零时,物体才能处于平衡状态。
也就是说必须一并具有或满足下面两个关系式:⎭⎬⎫⎩⎨⎧=∑=∑0(0F M 对任意转轴) 注意:∑M=0或∑M 顺=∑M 逆,方程转轴可以根据需要可以任意选取,一般原则是尽量多的力力臂为零,或者让未知的力的力矩为零.例题分析:例题1: 如图:BO 是一根质量均匀的横梁,重量G 1=80N ,BO 的一端安在B 点,可绕通过B 点且垂直于纸面的轴转动,另一端用钢绳AO 拉着横梁保持水平,与钢绳的夹角o30=θ,在横梁的O 点挂一个重物,重要G 2=240N ,求钢绳对横梁的拉力F 1:(1)本题中的横梁是一个有固定转动轴的物体; (2)分析横梁的受力:拉力F 1,重力G 1,拉力F 2; (3)找到三个力的力臂并写出各自的力矩:F1的力矩:θsin1lF G1的力矩:21lG F2的力矩:lG2解:据力矩平衡条件有:2sin211=--lGlGlFθ得:NGGF560sin22211=+=θ例题2:如右上图,半径为R的均匀圆柱体重30 N,在水平绳的拉力作用下,静止于固定斜面上,求:(1)绳子的拉力,(2)斜面对圆柱体的支持力,(3)斜面对圆柱体的摩擦力。
解析:如右下图,圆柱体受重力、斜面的支持力和摩擦力、绳拉力四个力。
此四力不是共点力。
不可以将绳拉力T,摩擦力f平移到柱体重心处。
用共点力平衡条件解决较繁(将斜面对柱体的支持力N和摩擦力f合成为一个力F,则F、T、G共点,然后再将R分解求得N、f)。
用力矩解决较好。
取接触点为轴,由力矩平衡有:T(R+Rcos370)=GRsin370,得10N3GT==,取柱心为轴,有TR=fR,得10N3GRf===;再取拉力作用点为轴,有NRsin370=f(R+Rcos370),得N=G=30N。
例题3:如图所示,光滑圆弧形环上套有两个质量不同的小球A和B两球之间连有弹簧,平衡时圆心O与球所在位置的连线与竖直方向的夹角分别为α和β,求两球质量之比。
αβAO1N2N3解析:此题可以分别分析小球A 、B 所受共点力,对每个球列共点力平衡方程求解,但是很繁琐。
若换一个角度,以O 为轴用力矩求解则较方便。
如右下图,小球A 受到N 1、N 2、 m 1g 三个力作用,B 受到N 1’、N 3、m 2g 三个力作用。
与弹簧一起看作绕过O 点的转动轴平衡问题,其中N 2、N 3没有力臂,N 1和N 1’的力矩互相抵消。
于是有:m 1gRsin α=m 2gRsin β,所以有:βαsin sin m m 21= 。
例题4:一块均匀木板MN 长L =15m ,重G 1=400N ,搁在相距D =8m 的两个支架A 、B 上,MA =NA ,重G 2=600N 的人从A 点向B 点走去,如图所示。
求:①人走过B 点多远木板会翘起来?②为使人走到N 点时木板不翘起来,支架B 应放在离N 多远处?2.67m 、3m分析和解:当木板刚翘起来时,板的重力对B 点产生的力矩和人的重力对B 点产生的力矩使板平衡,设人走过B 端L 时木板会翘起来,则有B L ⨯=⨯6004400 可解得L B =2.67m, 同理,可设当人走到N 端木板刚要翘起来时,B 支架和N 端的距离为L BN 则有BN BN L L ⨯=-⨯600)5.7(400 可得L BN =3mαβA BO例题5:.在光滑水平面上有一滑块,滑块上放有一个上端有固定转动轴的木棒,如图1。
现用水平力F向右推滑块,但滑块仍静止。
试分析滑块对木棒的弹力的变化情况。
分析与解答:先应弄清施力F前的情况;因为滑块静止,目水平面是光滑的,所以木棒对滑块只有竖直向下的压力,而无摩擦力。
由牛顿第三案律可知,滑块对木棒也只有支持力(弹力)。
再以木棒为研究对象,对于其转动轴,木棒所受的弹力N的力距与木棒的重力距平衡,如图2(a)所示。
施力F点,同样由滑块静止可知,木棒对滑块向左的静摩擦力,以与力F 平衡。
则滑块对木棒也有水平向右的静摩擦中。
这样,以木棒为研究对象,对转动轴又增加了一个摩擦力f的逆时针方向的力距,如图(b),而木棒的重力对轴的顺时针方向的力距大小是不变的,故木棒所受滑块施的弹力将减小。
[本题交替以滑块和木棒为研究对象,结合物体的平衡条件进行受力分析,正是要求的解题能力]例题6:如图3所示,有固定转动轴0的轻板与竖直墙之间夹着一个光滑重球。
在板的端点绝竖直向上的力F,使整个装置处于平衡。
若缓慢使板与竖直墙的夹角θ增大(仍小于90o),则力F及其对轴o的力距M各将如何变化?分析与解答:以木板为研究对象,力F 对轴o 的力距与球对木板的正压力N 对轴的力距平衡,因此力F 对轴o 的力距M 的变化情况,取决于弹力N 对轴o 的力距变化情况,其变化规律如何呢?这就要转移以光滑球的研究对象并应注意抓住球的重力G 和半径R 这两个不变的因素。
设球与板接触点到轴o 的距离为X ,2x RCotθ=。
参看图4可知, 板对球的弹力GN Sin θ=对板由力距平衡有,2G FLSin Nx RCot Sin θθθ== L 为板长。
222G GR M FLSin RCot Sin Sin θθθθ===22GR F LSin tanθθ=可见随增大,M . F 都减小。
例题7: 如图5所示,水平轻杆AB 长1.5m ,其A 端有固定转动轴,倾斜轻杆CO 与AB 夹角为30°AC=1m。