力矩平衡PPT

有固定转动轴物 体的平衡
一．力矩：
M＝FL 1．力臂： （1）转动轴到力的作用线的垂直距离， （2）最大可能值为力的作用点到转动轴 的距离。
练习：如图所示，直杆OA可绕O点转动，图中虚线 与杆平行，杆端A点受四个力F1、F2、F3、F4的作用， 力的作用线与OA杆在同一竖直平面内，它们对转轴O 的力矩分别为M1、M2、M3、M4，则它们力矩间的大小 关系是（ ） （A）M1＝M2＞M3＝M4， （B）M2＞M1＝M3＞M4， O’ （C）M4＞M2＞M3＞M1， （D）M2＞M1＞M3＞M4。 F2 F3 F4 O
FN
B
C 30
mg 2L mg cos＝ FNL cos＋FNL sin 3 FN＝2mg/(1＋ tan) ＝200 N
Ff
A
3.如图所示，质量为m粗细均匀的均质细杆AB在B点用铰链与 墙连接，杆与竖直墙面的夹角为＝37，A端固定一轻质光滑小滑 轮，墙上C点固定轻绳的一端，轻绳水平跨过滑轮另一端悬挂有 质量为M的物体G。目前杆AB与物体G都处于静止状态，则杆的 质量与物体的质量的比值为m:M＝________；若略微增加物体G 的质量，仍要使整个系统处于平衡状态，可适当________(选填 “增大”或“减小”)θ角的大小。（sin37＝0.6，cos37＝0.8）
W
G
2P
GOG ＝2POC’
C’比C点更左些
WOA＋GOG ＝2POB’ ＝2POC’＋2PC’B’ WOA＝2PC’B’ C’B’为CB的一半 A G O C’ C G B’ B P
1.如左图匀质直角尺重为2G，C端为水平轴，不计 摩擦，当BC部分处于水平静止时，试求加在A端的最 小作用力。
FNB2L＝FNAL＋mgL 2FNB＝FNA＋mg
FNB
C B D N A
A mg FNA
FNA mg mg FND
FNB2L＝FNAL＋mgL 2FNB＝FNA＋mg
2FNC＝FNB＋mg 2FND＝FNC＋mg
D
C B N A
FNA2L＝mg2L＋FNDL＋mgL
2FNB＝FNA＋mg 2FNC＝FNB＋mg 2FND＝FNC＋mg 2FNA＝FND＋3mg 15FND＝17mg FND＝17mg/15
GLG ＋FNLf ＝FNLN
GL sin /2 FN＝ Lsin－Lcos G /2 ＝ 1－ cot
FN
B

Ff G
A
练习1：一均匀的直角三直形木板 ABC，可绕过C点的水平轴转动，如右 图所示。现用一始终沿直角边AB且作 用在A点的力F，使BC边慢慢地由水平 位置转至竖直位置。在此过程中，力F 的大小与α角变化的图线是（ ） F F F
F
G2
G1
3．如图，重为G、边长为a的均匀正方形板与长为 2a的轻杆相连，支于轻杆中点，在杆的右端施一竖直向 下的力F，使杆水平，求力F的大小，若为使杆与水平 方向成30角，力F又应多大？
a a G
a
a F
A F 乙
甲
解法一：
G（1.5a cos 30－ 0.5a sin30） ＝Fa cos 30 ，
a a G 甲 a a F 乙 A F
G
解法二：
Gcos 301.5a ＝Fa cos 30 ＋G sin30 0.5a
a a F 甲 乙 A F
a a G
G
例4:有四根相同的刚性长薄片A、B、C、D，质量均 为m，相互交叉成井字形，接触点均在各薄片的中点， 放置在一只水平的碗口边（俯视图如图所示），并在D 薄片右端的N点放上质量也为m的小物体，那么D薄片 中点受到的压力为_____________。
MgL/2＝mgL sin
M＝2m sin
Fy＋mg sin ＝Mg Fx＝mgcos Fx
A
Fy
mg
B

C
Mg
4．如图所示，均匀细杆AB质量为M，A端装有转轴，B端连 接细线通过光滑滑轮和质量为m的重物C相连，若杆AB呈水平， 细线与水平方向夹角为 时恰能保持静止，则M与m的关系是 ____________，杆对轴A的作用力大小为____________。
F A
B

C
F
α 90 A° O 90 B°
α O 90 C°
α O 90 D°
α
O
2．如图所示，一根不均匀的铁棒AB与一辆拖车相连接，连接 端B为一固定水平转动轴，拖车在水平面上做匀速直线运动，棒 长为L，棒的质量为40kg，它与地面间的动摩擦因数为 3/3，棒的 重心C距转动轴为2L/3，棒与水平面成30角。运动过程中地面对 铁棒的支持力为_______N；若将铁棒B端的固定转动轴向下移一 些，其他条件不变，则运动过程中地面对铁棒的支持力将比原来 __________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。
MgLsin＋mgLsin /2 ＝MgLcos C 2M(cos－sin)＝msin Mg m:M＝2:3
G增大时，逆时针力矩增加的多
θ
B mg
A
Mg G
3.如图所示，质量为m粗细均匀的均质细杆AB在B点用铰链与 墙连接，杆与竖直墙面的夹角为＝37，A端固定一轻质光滑小滑 轮，墙上C点固定轻绳的一端，轻绳水平跨过滑轮另一端悬挂有 质量为M的物体G。目前杆AB与物体G都处于静止状态，则杆的 质量与物体的质量的比值为m:M＝________；若略微增加物体G 的质量，仍要使整个系统处于平衡状态，可适当 ________(选填 增大 “增大”或“减小”)θ角的大小。（sin37＝0.6，cos37＝0.8）
Ff＝G FNLN ＝GLG＋FfLf
A
Ff FN Ff G’

G
3.如图所示，均匀板质量为m/2，放在水平地面上，可绕过B 端的水平轴自由转动，质量为m的人站在板的正中，通过跨过光 滑滑轮的绳子拉板的A端，两边绳子都恰竖直，要使板的A端离地， 人对绳的最小拉力为多大？
B
A
解法一：隔离法
FN FT FT＋FN＝mg
F A
B

C
F
α 90 A° O 90 B°
α O 90 C°
α O 90 D°
α
O
FLF＝GLG F
A
G
B
G
C
FLF＝GLG FL＝Ga cos(＋) F
A
B
a G
G
C
练习1：一均匀的直角三直形木板 ABC，可绕过C点的水平轴转动，如右 图所示。现用一始终沿直角边AB且作 用在A点的力F，使BC边慢慢地由水平 位置转至竖直位置。在此过程中，力F 的大小与α角变化的图线是（ ） F F F
4FNB＝2FNA＋2mg 8FNC＝4FNB＋4mg 16FND＝8FNC＋8mg 2FNA＝FND＋3mg
C B D N A
FNA2L＝mg2L＋FNDL＋mgL
四．动态平衡：
例：如图所示，一根均匀直棒AB，A端用光滑铰链 固定于顶板上，B端搁在一块表面粗糙的水平板上，现 设板向上运动而棒AB匀速转动，则木板对棒的弹力说 法正确的是 （ ） （A）逐渐变大， （B）先变大后变小， （C）先变小后变大， （D）逐渐变小。
O
F
向右匀速运动时
对杆： FNL cos 45 ＝GLcos 45 /2＋FNL sin 45 FN＝mg O 对板： F＝Ff＝FN＝mg ＝mg/2
FN
F
Ff
Ff
G
向左匀速运动时
O
FN
F
Ff
G Ff F
练习1：如图所示是一种钳子，O是它的转动轴，在其两手柄 上分别加大小恒为F、方向相反的两个作用力，使它钳住长方体 工件M，工件的重力可忽略不计，钳子对工件的压力大小为FN， 当另外用沿虚线方向的力把工件向左拉动时，钳子对工件的压力 大小为FN1，而另外用沿虚线方向的力把工件向右拉动时，钳子对 工件的压力大小为FN2，则 （A）FN1＞FN＞FN2，（B）FN1＜FN＜FN2， （C）FN1＝FN＝FN2，（D）FN1＞FN，FN2＞FN。
A
G
O P
B
D
GOG ＝P OC
WOA＋GOG ＝POB ＝POC ＋P CB WOA＝P CB
A G OC G
P
A G OC B
W
G
P
GOG ＝2POC’
C’比C点更左些
WOA＋GOG ＝2POB’ ＝2POC’＋2PC’B’ WOA＝2PC’B’ C’B’为CB的一半 A G OC’ G 2P A G OC’ B’
C A O
2m
30
B
4m
8m
G1x1＝G22
x1＝1.2m
G1x2＋G22 ＝FT sin 308 x2＝0.4m
C A C 30 B A O
FT x2
30 B
x1 O 2m
G1
G2
2m G 2
G1
例2：一杆秤如图，杆及钩的总重为G，秤砣重为P， 已知秤钩与杆的重心到提纽的距离OA和OG，求：（1） 零刻度的位置，（2）证明刻度是均匀的，（3）讨论 若秤砣换成2P，某刻度的读数是否为原来的两倍？
3．力矩的方向：
力分解法：
F1
F
F2
二．平衡与平衡条件：
1．平衡状态：静止或匀速转动。 2．平衡条件：合外力矩为零。
M顺 ＝ M 逆
三．力矩平衡条件的应用： 解题步骤： （1）选取研究对象，
（2）受力分析（转动轴上的受力不用分 析）， （3）确定力臂、力矩方向， （4）列方程解方程。
例1：均匀板重300 N，装置如图，AO长4 m，OB 长8 m，人重500 N，绳子能承受的最大拉力为200 N， 求：人能在板上安全行走的范围。
A