理化综合基础 茆有柏 程宏琦 第3章新.pptVIP

一、力矩我们知道要使物体转动当然要用力，但是有时光有力还是不够的。力对物体转动的影响，不仅跟力的大小有关，而且和力到转动轴之间的距离有关。在离转动轴较近的地方推门，用比较大的力才能把门推开；在离转动轴较远的地方推门，用比较小的力就能把门推开。用手直接拧螺帽，不易把它拧紧，用扳手来拧，就容易多了。可见，力越大，力和转动轴之间的距离越大，对转动的影响越大。 力和转动轴之间的距离，即从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。 这样我们就可以说，改变物体转动状态的两个要素是力和力臂。我们把力和力臂的乘积叫做力矩。如果用M来表示力矩，则有 式中,F表示物体所受的力，单位为N，l表示力臂，单位为m，M为力矩，单位为N·m。力对物体转动的影响取决于力矩的大小。力矩越大，力对物体的转动作用越大。力为零，力矩也为零，显然不会使原来的物体发生转动。力不为零，如果力臂为零，力矩同 样为零，这个力也不会使原来的物体发生转动。 二、力矩的平衡条件在初中学过的杠杆平衡条件，只涉及两个力矩。如果一个有固定转动轴的物体受到几个力矩的作用而处于平衡状态，需要满足什么条件呢？实验表明，当使物体逆时针转动的力矩之和等于使物体顺时针转动的力矩之和时，物体将保持平衡。如果规定使物体逆时针转动的力矩为正力矩，使物体顺时针转动的力矩为负力矩，则有固定转动轴的物体的平衡条件是：力矩的代数和等于零。即 或者 此时物体将处于静止或匀速转动的平衡状态。 三、稳定的种类 照图3-15a那样，把木条一端的小孔套在水平轴O上，把木条从平衡位置稍微移开一点，重心C的位置升高，力对轴O的力矩就会使它回到原来的平衡位置，这种平衡叫做稳定平衡。 照图3-15b那样，使木条的重心恰好在水平轴的正上方，木条处于平衡状态。把木条从平衡位置稍微移开一点，重心C的位置降低，重力对轴O的力矩就会使它继续远离平衡位置，这种平衡叫做不稳定平衡。 照图3-15c那样，把木条重心C处的小孔套在轴O上，这时无论你把木条放在什么位置，它都能保持平衡。这是因为重心C的位置没有改变，重力对轴O的力矩不变的缘故。这种平衡叫做随遇平衡。 四、稳度平放的砖和竖放的砖都处于稳定平稳状态，稍微离开平衡位置，重心都升高，但是它们的稳定程度不同。竖放的砖容易翻倒，而平放的砖不容易翻倒。我们把物体的稳定程度叫做稳度。 如图3-16所示，平放的砖重心低、底面积大，只有使它偏转很大的角度，它的重力作用线才会超出支持面，使砖向外翻倒；竖放的砖重心高、底面积小，只要偏转不大的角度，重力作用线就会超出支持面，使砖翻倒。可见，物体的重心越低，底面积越大，稳度越大。 在体育运动中，有时必须在一定的方向上保持最大的稳定性(如摔跤中的站立)，往往采用马步或弓箭步等(见图3-17)；有时则相反，必须迅速破坏平衡的稳定性，如起跑(见图3-18)。为此，身体应当采取适当的姿势，使重力作用线相应地超出支承面边界，并改变身体重心的高度。 增大物体的稳度有重要的实际意义。为了增大物体的稳度，既可以增大底面的面积，也可以降低重心的高度，还可以同时增大底面面积和降低重心的高度。实验用的天平安图3-19　F1赛车置在一 个底面面积较大而又较重的底座上，实验用的铁架有一个面积较大的铸铁座，照相机安放在支面相当大的三脚架上，高压输电线的铁塔有一个很大的支持面，拖拉机车轮之间的宽度较大，而赛车(见图3-19)不仅车轮间距离很大，而且重心很低，都是为了增大物体的稳度。 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 由上述两个式子可知，拱形桥的FN较小，FN是桥对汽车的支撑力，其大小等于汽车对桥的压力，所以拱形对桥的结构强度设计有利。 * * 第三章　力和运动的关系 在前面我们学习了怎样描述物体的运动，但没有讨论物体为什么会做这种或那种运动。要讨论这样的问题，就要研究运动与力的关系。在物理学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动与力的关系的理论，称作运动学；研究运动与力的关系的理论，称作动力学。 运动学是研究动力学的基础，但只有懂得了动力学的知识，才能根据物体所受的力确定物体的位置、速度变化的规律，才能够创造条件来控制物体的运动。例如，运动学只是使我们能够描述天体是怎样运动的，动力学则使我们能够把人造卫星和宇宙飞船送上太空，使人类登上月球，甚至奔向火星……牛顿运动定律确立了力与运动之间的关系，这一章我们就来学习它。 第一节　 物体不受力时怎样运动  ——牛顿第一定律 我们来看手推车的运动：用力推车，车子才前进，停止用力，车子就停下来。古希腊的哲学家亚里士多德(公元前384～前322)根据人们的传统观念提出：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来。这种认识