① 杠桿平衡公式
杠桿平衡實際上就是物體轉動的平衡,這與物體平動的對應的力的平衡是對應的。
杠桿平衡的物理量叫做力矩(M),是力的大小與力的作用線到支點距離的乘積,也就是力×力臂,單位為N·m,不可以寫成能量的單位焦耳(J)。
如圖所示,杠桿的支點在O,距離左端1/4桿長,左右兩端分別有F1和F4作用,全桿的正中間有力F2作用,距離左端3/5處有傾斜力F3作用,與水平桿夾角為30°。
根據力矩的定義
F1相對於支點O的力矩為M1=F1×L/4=0.25F1L
F2相對於支點O的力矩為M2=F2×L/4=0.25F2L
F4相對於支點O的力矩為M4=F4×3L/4=0.75F4L
F3是個傾斜的力,根據力矩的定義,力臂為點O到力的作用線的距離,你可以延長F3然後做出O到延長線的垂線段的,垂線段的長度就是F3的力臂。
第二種方法就是將F3分解成垂直正交的的兩個分離F3x和F3y,F3y的力臂為3L/5-L/4=0.35L
F3x的延長線過了支點O,故而力臂為零,那麼F3x的力矩為零,那麼F3的力矩M3就只有F3y的力矩故而M3=F3y×0.35L=0.5F3×0.35L=0.175F3L
杠桿平衡的條件時所有力矩的代數和為零。
即正力矩+負力矩=0
力矩是有方向的,它分為順時針和逆時針兩個方向,圖中,我們可以看到如果只有F1作用,桿會繞O點逆時針方向轉動,我們可以定義逆時針方向力矩為正,那麼F1的力矩M1就是正力矩,而F2單獨作用會使桿順時針轉動,故而力矩M2為負,在代入上述的平衡等式時,要加上負號。
根據圖中關系我們可以有
(M1+M4)+(M2+M3)=0
即(0.25F1L+0.75F4L)+(-0.25F2L-0.175F3L)=0
② 關於杠桿的.
上面的答案不完全正確,物理專業的人應該很容易看出破綻,我再總結一下:
1、蹺蹺板的列子是對的。從提問的問題我猜測樓主應該年紀不大,至少是沒正經學過杠桿。首先,杠桿的支點並不總是在兩個受力點之間,比如撬棒撬起石塊。其次,決定杠桿轉動與否的直接因素是力矩是否平衡,而不是力是否平衡。只有力矩的大小相等方向相反時杠桿才會靜止(或勻速轉動),單純只考慮力的大小和方向不能說明杠桿能否轉動。研究杠桿是屬於「剛體力學」的范疇,不同於質點力學。你還可以回憶一下桿秤是怎麼工作的,用同一個稱砣,通過改變它在秤桿上的位置,就能稱出不同重量的物品。同時,這也是個「動力和阻力的方向相同」的例子。
2、先說力矩。力矩就是力和力臂的乘積,力臂是支點到力的作用線的距離。注意是距離(幾何學上的點都直線的距離),不是連線。這種乘積在幾何上其實是個「面積」,所以你也可以想像力矩的物理意義就是,力通過力臂掃過的面積。其實,「矩」在物理學中專門表示矢量與其法向距離臂的乘積,除了力矩,還有速度矩(通常稱為角動量)、偶極矩等等。
舉個例子給你說明一下「矩」是「面積」的含義。想像一下在地球繞日運行的橢圓形軌道上,有一條連接太陽和地球的連線,隨著地球每天的運行,這條連線每天都會在地日之間掃出一個小扇型,這個扇形的大小就是這個「矩」的大小,這里的「矩」是速度矩(速度×距離)。地球的公轉速率並不是始終相同的。在近日點速率最大,遠日點最小。但無論何處,單位時間內掃過的面積都是一樣的(即速度矩不變),這就是「角動量守恆定律」,它在剛體力學中重要性相當於質點力學中的動量守恆定律。
再說不倒翁。不倒翁的底盤一般都是球形,並且重心很低。如果把底盤延展成以個完整的球,並找出球心,會發現重心一定在球心的下方。只有這樣,才能使不倒翁在直立時重心最低,歪倒時則重心會升高。從能量最小化的角度看,重心越低重力勢能越低,體系具有的能越低則體系越穩定。所以,當不倒翁歪倒時能量是升高的,為了達到穩定,只有回復到第能量的狀態。
那麼能不能用杠桿原理解釋呢?可以。支點為與地面接觸的點。以這點為界將歪倒的不倒翁豎直分成兩份,每份可以找到各自的重心,可以得出各自部分的重力大小;根據重力到支點的距離有可得到各自力臂大小,進而得到動力矩和阻力矩。這兩個力矩一定是不等大的(否則一直保持歪倒狀態了),一定是底部那個部分的力矩大,所以才會恢復到直立。直立後,兩部分重心以及支點處在同一條豎直線上,此時力臂為0,從而力矩也為0——動力矩於阻力矩「等大反向」,達到穩定狀態。
③ 如何准確找到杠桿中動力和阻力的方向
一般情況下,動力與阻力的命名是相對而言的:所謂阻力就是阻礙動力的一種力,所以它的方向按理說因該是與動力方向相反。但對於杠桿而言還不能一概而論
如果支點在杠桿的一端,那麼它的動力方向就與阻力方向大致相反;如果動力和阻力分別處於支點的兩端,那麼兩個力的方向就是相同的。
這里所說的大致相同或相反在初中是豎直向上或向下,但在高中階段力是存在夾角的,所以向上可能還是斜向上。
希望以上解釋能夠幫得上你
④ 杠桿中力的方向如何確定
找支點、動力點和阻力點,若動力點和阻力點在支點的兩側,動力與阻力方向相同,若在同側,則方向相反
⑤ 杠桿拉力方向
因為重力方向豎直向下,鉤碼對杠桿的拉力方向總是豎直向下的;
為了便於測量力臂,在使用杠桿之前,要調節杠桿兩端的平衡螺母,使杠桿在水平位置保持平衡,這樣可以直接從杠桿上讀出力臂的長;
每個鉤碼的重力為:G=mg=100×10 -3 kg×10N/kg=1N
設每個小格的長度為L,根據杠桿的平衡條件:
3G×4L=nG×3L
解得:n=4
改在C處用彈簧測力計豎直向上拉,則:
3G×4L=F×2L
解得:F=6G
則F=6×1N=6N
若將彈簧測力計傾斜拉,則拉力的力臂減小,其他條件不變,則拉力變大.
故答案為:豎直向下;平衡螺母;水平;4;6;變大.
⑥ 九年級杠桿原理的兩個問題·
1,三個杠桿:常規分析
ABC(C是支點,A是動力作用點,B是阻力作用點)
OBD(O是支點,B是動力作用點,D是阻力作用點)
ODE(O是支點,E是動力作用點,D是阻力作用點)
2.圖形理想化了,試想,騎車時,在豎直位置,誰能按照圖中的方向施加動力?
一般的簡化分析是:當到達豎直位置時,動力臂基本為零,都是依靠慣性轉過去的。
⑦ 物理杠桿作圖技巧
1、用抄實線表示力。
2、在線段的末端用箭頭表示力的方向,比如重力方向一定是豎直向下,支持力的方向或者壓力的方向垂直於支持面。
3、一個物體受多個力時,可以將各力的作用點都畫在重心上。
4、在箭頭附近要標出力的符號,若題中給出了力的大小,則需要標出其大小。
5、在同一個圖上畫多個力時,力越大,則表示該力的線段要越長。
6、力臂一定是支點到力的作用線的垂線段!必須標注垂直符號。千萬不能認為是連接支點和力的作用點的線段。
7、力臂的起始位置可用箭頭指示,也可用大括弧標示,要注意標注相應的字母。
(7)055上的豎杠桿擴展閱讀:
運用杠桿的平衡條件(動力×動力臂=阻力×阻力臂,即:F1L1=F2L2)解決實際問題,可以分析天平、桿秤等工具來理解。
杠桿的分類:
1、省力杠桿:L1>L2,F12。動力臂越長越省力(費距離)。
2、費力杠桿:L12,F1>F2。動力臂越短越費力(省距離)。
3、等臂杠桿:L1=L2,F1=F2。不省力也不費力。
⑧ 杠桿平衡與不平衡的圖片
(1)杠桿在圖(a)所示位置靜止,所以杠桿處於靜止狀態. 杠桿左端上翹回,平衡螺母向上翹的答左端移動. 杠桿在水平位置平衡,力臂在杠桿上,便於測量力臂大小. (2)設杠桿的一個小格是l,設右端掛鉤碼重為F,根據杠桿平衡條件得, 2N×4l=F×2l,所以F=4N,所以在C處掛4個鉤碼. 在A端施加的力使杠桿逆時針轉動,在B點施加的力阻礙杠桿轉動,所以B點施加豎直向上的力. (3)選擇在C 點掛鉤碼,現將左邊的鉤碼拿掉一個,設右側鉤碼掛的位置為n個小格處,根據杠桿平衡條件得, 1N×4l=4N×nl,所以n=1(個),所以鉤碼向左移動一個小格. 故答案為:(1)平衡;左;水平;(2)4;4;上;(3)左;1.
⑨ 不倒翁的杠桿示意圖
(1)過重心沿豎直向下的方向畫一條帶箭頭的線段,用符號G表示;如下圖所示:
(2)首先沿力F的方向作出F的作用線,由支點O向F的作用線做垂線,垂線段的長度為F的力臂;如下圖所示:
(3)從動滑輪的掛鉤開始依次繞繩子,最後有三段繩子承擔物重,這就是最省力的繞法.如圖所示.
⑩ 初中物理杠桿知識點是什麼
杠桿受力有兩種情況:
1、杠桿上只有兩個力:
動力×支點到動力作用線的距離=阻力×支點到阻力作用線的距離
即動力×動力臂=阻力×阻力臂
即F1×L1=F2×L2
2、杠桿上有多個力:
所有使杠桿順時針轉動的力的大小與其對應力臂的乘積等於使杠桿逆時針轉動的力的大小與其對應力臂的乘積。這也叫作杠桿的順逆原則,同樣適用於只有兩個力的情況。
(10)055上的豎杠桿擴展閱讀:
杠桿可分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿,沒有任何一種杠桿既省距離又省力
1、省力杠桿
L1>L2,F1<F2,省力、費距離。
如拔釘子用的羊角錘、鍘刀,開瓶器,軋刀,動滑輪,手推車 剪鐵皮的剪刀及剪鋼筋用的剪刀等。
2、費力杠桿
L1<L2,F1>F2,費力、省距離。
如釣魚竿、鑷子,筷子,船槳裁縫用的剪刀 理發師用的剪刀等。
3、等臂杠桿
L1=L2,F1=F2,既不省力也不費力,又不多移動距離。
如天平、定滑輪等。