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高中物理竞赛之力、物体的平衡


力、物体的平衡 §1.1 常见的力 1、1、1 力的概念和量度 惯性定律指出,一个物体,如果没有受到其他物体作用,它就保持其相对于惯性参照系 的速度不变,也就是说,如果物体相对于惯性参照系的速度有所改变,必是由于受到其他物 体对它的作用,在力学中将这种作用称为力。凡是讲到一个力的时候,应当说清楚讲到的是 哪一物体施了哪一个物体的力。 一个物体,受到了另一物体施于它的力,则它相对于惯性参照系的速度就要变化,或者 说, 它获得相对于惯性参照系的加速度, 很自然以它作用于一定的物体所引起的加速度作为 力的大小的量度。实际进行力的量度的时候,用弹簧秤来测量。 重力 由于地球的吸引而使物体受到的力,方向竖直向下,在地面附近,可近似认为 重力不变(重力实际是地球对物体引力的一个分力,随纬度和距地面的高度而变化) 弹力 物体发生弹性变形后,其内部原子相对位置改变, 而对外部产生的宏观反作用力。 反映固体材料弹性性质的胡克定 l F 律,建立了胁强(应力)? ? 与胁变(应变) ? ? ?l 之间的 ?l S l 正比例关系,如图所示 ? ? E? 图 1-1-1 F 式中 E 为杨氏弹性模量,它表示将弹性杆拉长一倍时,横截面上所需的应力。 弹力的大小取决于变形的程度,弹簧的弹力,遵循胡克定律,在弹性限度内,弹簧弹力 的大小与形变量(伸长或压缩量)成正比。 TT T T F=-kx 式中 x 表示形变量; 负号表示弹力的方向与形变的方向 相反;k 为劲度系数,由弹簧的材料,接触反力和几何尺寸 决定。 接触反力 —限制物体某些位移或运动的周围其它物 G G 体在接触处对物体的反作 用力(以下简称反力)。这种反 图 1-1-2 力实质上是一种弹性力,常见如下几类: 1、柔索类(图 1-1-2)如绳索、皮带、 A 链条等,其张力 NAA A ?方位 : 沿柔索 T? GA GA C Nc A ?指向 : 拉物体 一般不计柔索的弹性,认为是不可伸长 NBA B 的。滑轮组中,若不计摩擦与滑轮质量,同 图 1-1-3 一根绳内的张力处处相等。 2、光滑面(图 1-1-3)接触处的切平面 方位不受力,其法向支承力 ?方位 : 沿法线 N? ?指向 : 压物体 3、光滑铰链 物体局部接触处仍属于光滑面,但由于接触位置难于事先确定,这类接 触反力的方位,除了某些情况能由平衡条件定出外,一般按坐标分量形式设 定。 A 图 1-1-4 (1)圆柱形铰链(图 1-1-4,图 1-1-5,图 1-1-6)由两个圆孔和一个圆柱销组成。在孔的 轴线方向不承受作用力,其分力 ?方位 : 沿x轴 X? ?指向 : 待定 ?方位 : 沿y轴 Y? ?指向 : 待定 图中 AC 杆受力如图, 支座 B 处为可动铰, 水 平方向不受约束,反力如图。 (2)球形铰链(图 1-1-7,图 1-1-8)由一个球 碗和一个球头组成,其反力可分解为 C yc xc F F1 F1 B x yA 图 1-1-6 A 图 1-1-5 yB X? ? 方位 : 沿坐标轴 Y? 指向 : 待定 Z? ? 4、固定端(图 1-1-9,图 1-1-10) 如插入墙内的杆端,它除限制杆端移动外,还限 制转动,需增添一个反力偶 M A 。 F F ZA xA yA A 图 1-1-8 X ? 方位 : 沿坐标轴 ? Y ? 指向: 待定 图 1-1-7 A 摩擦力 物体与物体接触时, 在接 触面上有一种阻止它们相对滑动的作用 力称为摩擦力。 不仅固体与固体的接触面上有摩擦

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