力矩平衡
有固定转动轴物 体的平衡
一.力矩: 力矩: M=FL = 1.力臂: .力臂: (1)转动轴到力的作用线的垂直距离, )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。 的距离。
练习:如图所示,直杆 可绕 点转动, 可绕O点转动 练习:如图所示,直杆OA可绕 点转动,图中虚线 与杆平行,杆端A点受四个力 点受四个力F 的作用, 与杆平行,杆端 点受四个力 1、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 杆在同一竖直平面内, 力的作用线与 杆在同一竖直平面内,它们对转轴 的力矩分别为M 的力矩分别为 1、M2、M3、M4,则它们力矩间的大小 关系是( 关系是( ) (A)M1=M2>M3=M4, ) O’ (B)M2>M1=M3>M4, ) (C)M4>M2>M3>M1, F2 F3 F4 ) O (D)M2>M1>M3>M4。 1 ) F
C A O
2m
30°
B
4m
8m
G1x1=G2×2
x1=1.2m
G1x2+G2×2 =FT sin 30°× °×8 °× 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 ,秤砣重为 , :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) 已知秤钩与杆的重心到提纽的距离 和 , :( ) 零刻度的位置,( ,(2)证明刻度是均匀的,( ,(3) 零刻度的位置,( )证明刻度是均匀的,( )讨论 若秤砣换成2P,某刻度的读数是否为原来的两倍? 若秤砣换成 ,某刻度的读数是否为原来的两倍?
F A
B
α
C
F α O 90 D° α
FLF=GLG F
A
G
B
G
C
FLF=GLG FL=Ga cos(α+β) = F
A
B
β Ga α
G
C
练习1: 练习 :一均匀的直角三直形木板 ABC,可绕过 点的水平轴转动,如右 点的水平轴转动, ,可绕过C点的水平轴转动 图所示。现用一始终沿直角边AB且作 图所示。现用一始终沿直角边 且作 用在A点的力 点的力F, 用在 点的力 ,使BC边慢慢地由水平 边慢慢地由水平 位置转至竖直位置。在此过程中, 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 角变化的图线是( 的大小与 角变化的图线是( ) F α O 90 A° O 90 B° F α O 90 C° F
FN
A
B C 30°
mg 2L mg cosα= FNL cosα+FNL sinα 3 FN=2mg/(1+ tanα) =200 N +
Ff
3.如图所示,质量为m粗细均匀的均质细杆 在B点用铰链与 如图所示,质量为 粗细均匀的均质细杆 粗细均匀的均质细杆AB在 点用铰链与 如图所示 墙连接, 墙连接,杆与竖直墙面的夹角为θ=37°,A端固定一轻质光滑小滑 ° 端固定一轻质光滑小滑 墙上C点固定轻绳的一端 点固定轻绳的一端, 轮,墙上 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 的物体G。目前杆AB与物体 都处于静止状态, 与物体G都处于静止状态 质量为 的物体 。目前杆 与物体 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 质量与物体的质量的比值为 = ;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 的质量,仍要使整个系统处于平衡状态,可适当 选填 增大” 减小” 角的大小。(sin37°=0.6,cos37°=0.8) 角的大小。( “增大”或“减小”)θ角的大小。( ° , ° )
GLsinθ /2 FN= Lsinθ-Lcos θ G/2 = 1- cot θ -
FN
B
θ
Ff G
练习1: 练习 :一均匀的直角三直形木板 ABC,可绕过 点的水平轴转动,如右 点的水平轴转动, ,可绕过C点的水平轴转动 图所示。现用一始终沿直角边AB且作 图所示。现用一始终沿直角边 且作 用在A点的力 点的力F, 用在 点的力 ,使BC边慢慢地由水平 边慢慢地由水平 位置转至竖直位置。在此过程中, 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 角变化的图线是( 的大小与 角变化的图线是( ) F α O 90 A° O 90 B° F α O 90 C° F
2FNB=FNA+mg 2FNC=FNB+mg 2FND=FNC+mg 2FNA=FND+3mg 15FND=17mg FND=17mg/15
4FNB=2FNA+2mg 8FNC=4FNB+4mg 16FND=8FNC+8mg 2FNA=FND+3mg
C B D N A
FNA×2L=mg×2L+FND×L+mg×L = × + + ×
F A
BБайду номын сангаас
α
C
F α O 90 D° α
2.如图所示,一根不均匀的铁棒AB与一辆拖车相连接,连接 .如图所示,一根不均匀的铁棒 与一辆拖车相连接 与一辆拖车相连接, 为一固定水平转动轴, 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 为一固定水平转动轴 拖车在水平面上做匀速直线运动, 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 长为 ,棒的质量为 , , 重心C距转动轴为 距转动轴为2L/3,棒与水平面成 °角。运动过程中地面对 重心 距转动轴为 ,棒与水平面成30° 铁棒的支持力为_______N;若将铁棒 端的固定转动轴向下移一 铁棒的支持力为 ;若将铁棒B端的固定转动轴向下移一 其他条件不变, 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”)。 不变” 减小” (选填“增大”
A
G
O P
B
D
G×OG =P× OC × × W×OA+G×OG =P×OB × + × × =P×OC +P× CB × × W×OA=P× CB × = × A G OC G P W A G OC B G P
G×OG =2P×OC’ × ×
C’比C点更左些 比 点更左些
W×OA+G×OG =2P×OB’ × + × × =2P×OC’+2P×C’B’ × + × W×OA=2P×C’B’ C’B’为CB的一半 × = × A G OC’ G 2P W A G OC’ B’ G 2P
FNB×2L=FNA×L+mg×L = + × 2FNB=FNA+mg FNB mg FNA A
D
C B N A
FNA mg mg FND FNB×2L=FNA×L+mg×L = + × 2FNB=FNA+mg 2FNC=FNB+mg 2FND=FNC+mg
D C B N A
FNA×2L=mg×2L+FND×L+mg×L = × + + ×
a a F 甲 乙 A F
a a G
G
有四根相同的刚性长薄片A、 、 、 , 例4:有四根相同的刚性长薄片 、B、C、D,质量均 有四根相同的刚性长薄片 为m,相互交叉成井字形,接触点均在各薄片的中点, ,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 ),并在 放置在一只水平的碗口边(俯视图如图所示),并在 薄片右端的N点放上质量也为 的小物体,那么D薄片 点放上质量也为m的小物体 薄片右端的 点放上质量也为 的小物体,那么 薄片 中点受到的压力为_____________。 中点受到的压力为 。
A
2.力矩计算的两种常用等效转化方法: .力矩计算的两种常用等效转化方法: (2)重力矩的两种计算方法: )重力矩的两种计算方法:
a M=G sin α = 2 a G a
α
α
G
2.力矩计算的两种常用等效转化方法: .力矩计算的两种常用等效转化方法: (2)重力矩的两种计算方法: )重力矩的两种计算方法:
A’ A
2.力矩计算的两种常用等效转化方法: .力矩计算的两种常用等效转化方法:
(1)将力分解后求力矩, 将力分解后求力矩, F F F1
α
L M=FL sin α = L
α
F2 M=F1L =FL sin α =
练习:如图所示,直杆 可绕 点转动, 可绕O点转动 练习:如图所示,直杆OA可绕 点转动,图中虚线 与杆平行,杆端A点受四个力 点受四个力F 的作用, 与杆平行,杆端 点受四个力 1、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 杆在同一竖直平面内, 力的作用线与 杆在同一竖直平面内,它们对转轴 的力矩分别为M 的力矩分别为 1、M2、M3、M4,则它们力矩间的大小 O’ 关系是( 关系是( ) (A)M1=M2>M3=M4, ) F2 F3 F4 O (B)M2>M1=M3>M4, ) (C)M4>M2>M3>M1, F1 ) (D)M2>M1>M3>M4。A’ )
M顺 = M逆
三.力矩平衡条件的应用: 力矩平衡条件的应用: 解题步骤: 解题步骤: (1)选取研究对象, )选取研究对象, (2)受力分析(转动轴上的受力不用分 )受力分析( 析), (3)确定力臂、力矩方向, )确定力臂、力矩方向, (4)列方程解方程。 )列方程解方程。
例1:均匀板重 :均匀板重300 N,装置如图,AO长4 m,OB ,装置如图, 长 , 长8 m,人重 ,人重500 N,绳子能承受的最大拉力为 ,绳子能承受的最大拉力为200 N, , 人能在板上安全行走的范围。 求:人能在板上安全行走的范围。
A
C
B
L G× × × +G×L =F× 2L × 2 F
A A
C
B