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【摘 要】弹力是力学中一个很复杂的力,是因为它的大小、方向与物体的性质和几何形状有密切的关系。所以受力分析中正确分析弹力是很重要的步骤。
【关键词】弹力 弹性形变 弹力的方向 弹力的大小 弹簧
1.弹力的定义:发生弹性形变的物体,会对跟它接触的物体产生力的作用,这种力叫弹力。
产生条件是:直接接触,弹性形变。
从弹力产生的本质上看,发生弹性形变的物体在恢复形变时对与它接触的物体产生作用,所以对某个弹力来说,是这个弹力的施力物体在发生形变。在分析时先分析清楚施力物体和受力物体。
2.弹力有无的判断方法:(1)对于形变较明显的情况,由形变情况直接判断;(2)形变不明显的情况,常用“假设法”,其基本思路是:假设将与研究 对象接触的物体解除接触,判断研究对象的运动状态是否发生改变,若运动状态不 变,此处不存在弹力,运动状态改变,则此处一定存在弹力。
判断图1中球所受弹力的方向,已知小球静止,(a)中的细线竖直,(b)中的细线倾斜。(图略)
解析:小球除受重力之外,还受其它力的作用。(a),(b) 两图中均可采用“假设法”分析:在两图中,若去掉细线,则小球将下滑,故两细线中均有沿线方向的拉力;在 (a) 图中若去掉斜面体,小球仍能在原位置保持静止状态;在 (b) 图中若去掉斜面体,则小球不会在原位置静止。
答案(a)图中小球受细线向上的拉力;(b)图中受细线斜向上的拉力和垂直斜面向上的弹力。
3.弹力方向的判断方法:(1)方向;与物体形变的方向相反。弹力的受力物体是引起形变的物体,施力物体是发生形变的物体;(2)判断方法:方法1;根据物体产生形变的方向判断。
弹力方向与物体形变的方向相反,作用在迫使物体發生形变的那个物体上。具体情况有以下几种。① 弹簧两端的弹力方向,与弹簧测力计中心轴线相重合,指向弹簧恢复原状方向;② 轻绳对物体的弹力方向,沿绳指向绳收缩的方向;③ 面与面接触的弹力方向,垂直于接触面指向受力的物体;④ 点与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体;⑤ 球与面接触的弹力方向,在接触点与球心连线上,而指向受力物体;⑥ 球与球接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面,而指向受力物体。⑦轻杆两端受到拉伸或挤压时会出现拉力或压力,拉力或压力的方向沿细杆方向。因为此时只有轻杆两端受力,在这两个力作用下杆处于平衡,则这两个力必共线,既沿杆的方向。当杆受力较复杂时,杆中弹力的方向要具体问题具体分析。
请在图2中画出杆或球所受的弹力。
解析:要准确画出弹力的方向,第一要分析好弹力的受力物体,第二要眀确各接触面的方式如何。(图略)(a)图中杆在重力作用下对A,B两处均会产生挤压作用,故A,B两处均对杆有弹力作用,弹力方向与接触的平面垂直。如图3中(a)。(b)图中C,D两处均对杆有弹力作用,C处为曲面与点的接触形式,所以此处弹力垂直于曲面的切面或说沿半径指向圆心O;D处为平面(杆)与点(槽)的接触方式,则此处弹力垂直于平面指向受力物 ─ 杆。如图3中(b)所示。(c)球挤压墙且拉紧绳子,所以墙对球的弹力垂直于墙,因为此处为平面(墙)与曲面(球)接触;绳对球的拉力沿绳斜面向上。如图3中(c)所示(图略) 注:(1)弹力的方向与物体间的接触面的几何特征有密切的关系。接触的双方中,有平面的,优先垂直于平面,无平面的优先垂直于曲面的切面或沿曲面的半径。(2)轻杆所产生的弹力的方向不一定是沿杆的,这一点往往受到绳产生弹力方向的影响,而产生错误的认识。方法2:根据“物体的运动状态”分析弹力。由状态分析弹力,即物体的受力必须与物体的运动状态符合,依据物体的运动状态,由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程,求解物体间的弹力。
4.弹力的大小(1)弹簧的弹力大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比(胡克定律)。即F=-kx,k是弹簧的劲度系数。x是弹簧的形变量(伸长量L-L0 或压缩量L0-L),k决定于弹簧自身的性质,k=F/x,但不随F与x的变化而变化,我们不难得出F1/x1=F2/x2。(略)如图4所示,劲度系数为k2的轻质弹簧,竖直放在桌面上,上面压一质量为m的物体,另一劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物体上面,其下端与物体上表面连接在一起,要想物块在静止时,下面弹簧承受物重的2/3,应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多大的距离?(图4略)解析:解决本题的关键是明确每根弹簧的状态变化,有效的 办法是明确每根弹簧测力计的末状态,必要时画出直观图。末态时物块受力分析如图5所示(图5略)
(2)除弹簧外,其他物体的弹力大小,应根据运动情况,利用平衡条件或动力学规律计算。如前面的例3就是使用这种方法计算弹力的大小的。
【关键词】弹力 弹性形变 弹力的方向 弹力的大小 弹簧
1.弹力的定义:发生弹性形变的物体,会对跟它接触的物体产生力的作用,这种力叫弹力。
产生条件是:直接接触,弹性形变。
从弹力产生的本质上看,发生弹性形变的物体在恢复形变时对与它接触的物体产生作用,所以对某个弹力来说,是这个弹力的施力物体在发生形变。在分析时先分析清楚施力物体和受力物体。
2.弹力有无的判断方法:(1)对于形变较明显的情况,由形变情况直接判断;(2)形变不明显的情况,常用“假设法”,其基本思路是:假设将与研究 对象接触的物体解除接触,判断研究对象的运动状态是否发生改变,若运动状态不 变,此处不存在弹力,运动状态改变,则此处一定存在弹力。
判断图1中球所受弹力的方向,已知小球静止,(a)中的细线竖直,(b)中的细线倾斜。(图略)
解析:小球除受重力之外,还受其它力的作用。(a),(b) 两图中均可采用“假设法”分析:在两图中,若去掉细线,则小球将下滑,故两细线中均有沿线方向的拉力;在 (a) 图中若去掉斜面体,小球仍能在原位置保持静止状态;在 (b) 图中若去掉斜面体,则小球不会在原位置静止。
答案(a)图中小球受细线向上的拉力;(b)图中受细线斜向上的拉力和垂直斜面向上的弹力。
3.弹力方向的判断方法:(1)方向;与物体形变的方向相反。弹力的受力物体是引起形变的物体,施力物体是发生形变的物体;(2)判断方法:方法1;根据物体产生形变的方向判断。
弹力方向与物体形变的方向相反,作用在迫使物体發生形变的那个物体上。具体情况有以下几种。① 弹簧两端的弹力方向,与弹簧测力计中心轴线相重合,指向弹簧恢复原状方向;② 轻绳对物体的弹力方向,沿绳指向绳收缩的方向;③ 面与面接触的弹力方向,垂直于接触面指向受力的物体;④ 点与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体;⑤ 球与面接触的弹力方向,在接触点与球心连线上,而指向受力物体;⑥ 球与球接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面,而指向受力物体。⑦轻杆两端受到拉伸或挤压时会出现拉力或压力,拉力或压力的方向沿细杆方向。因为此时只有轻杆两端受力,在这两个力作用下杆处于平衡,则这两个力必共线,既沿杆的方向。当杆受力较复杂时,杆中弹力的方向要具体问题具体分析。
请在图2中画出杆或球所受的弹力。
解析:要准确画出弹力的方向,第一要分析好弹力的受力物体,第二要眀确各接触面的方式如何。(图略)(a)图中杆在重力作用下对A,B两处均会产生挤压作用,故A,B两处均对杆有弹力作用,弹力方向与接触的平面垂直。如图3中(a)。(b)图中C,D两处均对杆有弹力作用,C处为曲面与点的接触形式,所以此处弹力垂直于曲面的切面或说沿半径指向圆心O;D处为平面(杆)与点(槽)的接触方式,则此处弹力垂直于平面指向受力物 ─ 杆。如图3中(b)所示。(c)球挤压墙且拉紧绳子,所以墙对球的弹力垂直于墙,因为此处为平面(墙)与曲面(球)接触;绳对球的拉力沿绳斜面向上。如图3中(c)所示(图略) 注:(1)弹力的方向与物体间的接触面的几何特征有密切的关系。接触的双方中,有平面的,优先垂直于平面,无平面的优先垂直于曲面的切面或沿曲面的半径。(2)轻杆所产生的弹力的方向不一定是沿杆的,这一点往往受到绳产生弹力方向的影响,而产生错误的认识。方法2:根据“物体的运动状态”分析弹力。由状态分析弹力,即物体的受力必须与物体的运动状态符合,依据物体的运动状态,由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程,求解物体间的弹力。
4.弹力的大小(1)弹簧的弹力大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比(胡克定律)。即F=-kx,k是弹簧的劲度系数。x是弹簧的形变量(伸长量L-L0 或压缩量L0-L),k决定于弹簧自身的性质,k=F/x,但不随F与x的变化而变化,我们不难得出F1/x1=F2/x2。(略)如图4所示,劲度系数为k2的轻质弹簧,竖直放在桌面上,上面压一质量为m的物体,另一劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物体上面,其下端与物体上表面连接在一起,要想物块在静止时,下面弹簧承受物重的2/3,应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多大的距离?(图4略)解析:解决本题的关键是明确每根弹簧的状态变化,有效的 办法是明确每根弹簧测力计的末状态,必要时画出直观图。末态时物块受力分析如图5所示(图5略)
(2)除弹簧外,其他物体的弹力大小,应根据运动情况,利用平衡条件或动力学规律计算。如前面的例3就是使用这种方法计算弹力的大小的。