轻绳和轻杆模型下的平衡问题
一、同一段轻绳的张力,为什么处处相等?
轻绳处于静止,每一段所受合力为零,取其中一很小段来研究,可近似认为是直的,其向左和向右的拉力相等,这个力量通过轻绳一直传递,直到这段轻绳的两端,所以高中物理说,同一段轻绳所受的拉力处处相等。
二、轻杆的弹力方向的判断
杆里面的弹力可以沿杆,也可以不沿杆。
如果杆是固定不动的,就只能根据具体情况进行受力分析,根据平衡条件或牛顿第二定律来确定杆中的弹力的大小和方向。
如果杆的一端是通过铰链连接的,而另一端也只在末端受力,根据杆要平衡(包括不转动)则杆中的弹力是沿杆的方向的。
例1、如图所示,重为20N 的物体,由轻绳悬在水平轻质横梁BC 的
端点C 上,横梁的B 端通过铰链固定在竖直墙上,横梁上的C 点由轻
绳AC 拉住,AC 与BC 夹角为30º,求悬绳AC 受到的拉力。
分析:要想求AC 绳所受的拉力,要选C 点受力分析,AC 、CD 两
段绳的拉力一定沿绳的方向,而横杆对C 点作用力的方向不好确定。
这就要先看横杆BC 的受力情况了,此时轻质横梁的B 端是可自由转
动,故要想BC 杆能在水平位置处于平衡状态,两段绳对杆的作用力必沿杆方向——因为对杆分析,以B 为转轴,轻杆不受重力,绳对杆的作用力只有经过转轴时力矩为零,杆才不会转动。然后再研究C 点,AC 和CD 两绳拉力的合力必沿杆的方向,由力的合成可求出AC 受到的拉力,答案F AC =40N。
例2、如图所示,水平横梁的一端插在墙壁内,另一端装有一小
滑轮B ,一根轻绳的一端C 固定于墙壁上,另一端跨过滑轮后
悬挂一质量M=10kg的重物,∠CAB=300 ,求滑轮受到绳子的作
用力的大小。
分析:此题与例1看起来好像没什么区别,但仔细看看会发现
区别很大。
杆的左端是插在墙壁内的,这种情况下杆就不能转动了,即使
绳对杆的作用力不沿杆的方向,杆也可以保持水平不动。
而一根绳子跨过定滑轮时,绳子拉力的大小是处处相等的,且两力夹角是1200,由平行四边形定则可知,它们的合力,必定在这两个力的角平分线上,且大小与绳拉力大小相等,这时杆的作用力可以不沿杆的方向。受力如图所示。因为T M =TC =Mg,则F 合=Mg。
三、练习:
如图所示,轻杆B 端通过铰链固定在竖直墙上,C 端有个定滑轮,轻绳一端A 固定在墙壁上,另一端跨过定滑轮后悬挂一重物,且BC 杆与墙成θ角,θ
则 ( )
A 、轻杆与竖直墙壁的夹角减小
B 、绳的拉力增大,轻杆受的压力变小
C 、绳的拉力不变,轻杆受的压力变小