力矩平衡课件

有固定转动轴物体的平衡（2）最大可能值为力的作用点到转动轴的距离。一．力矩：M＝FL1．力臂：（1）转动轴到力的作用线的垂直距离，练习：如图所示，直杆OA可绕O点转动，图中虚线与杆平行，杆端A点受四个力F1、F2、F3、F4的作用，力的作用线与OA杆在同一竖直平面内，它们对转轴O的力矩分别为M1、M2、M3、M4，则它们力矩间的大小关系是（ ）（A）M1＝M2＞M3＝M4， （B）M2＞M1＝M3＞M4，（C）M4＞M2＞M3＞M1， （D）M2＞M1＞M3＞M4。（1）将力分解后求力矩，LF

FL

M＝FLsin

F1F2M＝F1L＝FLsin

2．力矩计算的两种常用等效转化方法：练习：如图所示，直杆OA可绕O点转动，图中虚线与杆平行，杆端A点受四个力F1、F2、F3、F4的作用，力的作用线与OA杆在同一竖直平面内，它们对转轴O的力矩分别为M1、M2、M3、M4，则它们力矩间的大小关系是（ ）（A）M1＝M2＞M3＝M4， （B）M2＞M1＝M3＞M4，（C）M4＞M2＞M3＞M1， （D）M2＞M1＞M3＞M4。（2）重力矩的两种计算方法：

aaGG

M＝Gsin

a22．力矩计算的两种常用等效转化方法：（2）重力矩的两种计算方法：

aaGG/2

G/4M＝Gsin

a2＋asin

G4M＝

sin

a2G22．力矩计算的两种常用等效转化方法：力分解法：

F2F13．力矩的方向：M顺＝M逆二．平衡与平衡条件：1．平衡状态：静止或匀速转动。

2．平衡条件：合外力矩为零。（1）选取研究对象，解题步骤：三．力矩平衡条件的应用：（2）受力分析（转动轴上的受力不用分析），（3）确定力臂、力矩方向，（4）列方程解方程。

例1：均匀板重300N，装置如图，AO长4m，OB长8m，人重500N，绳子能承受的最大拉力为200N，求：人能在板上安全行走的范围。8m4m2mG1G2x12mG1x1＝G2

2G1G22mx2FTG1x2＋G2

2

＝FTsin308x1＝1.2mx2＝0.4m例2：一杆秤如图，杆及钩的总重为G，秤砣重为P，已知秤钩与杆的重心到提纽的距离OA和OG，求：（1）零刻度的位置，（2）证明刻度是均匀的，（3）讨论若秤砣换成2P，某刻度的读数是否为原来的两倍？

GAOGPCG

OG

＝P

OCGAOGPCWBW

OA＋G

OG

＝P

OB＝P

OC＋P

CBW

OA＝P

CBG2PAOGC’G

OG

＝2P

OC’G2PAOGC’WB’W

OA＋G

OG

＝2P

OB’＝2P

OC’＋2P

C’B’W

OA＝2P

C’B’C’比C点更左些C’B’为CB的一半G

OG

＝2P

OC’GPAOGBW

OA＋G

OG

＝2P

OB’＝2P

OC’＋2P

C’B’W

OA＝2P

C’B’C’比C点更左些C’B’为CB的一半C’CB’1.如左图匀质直角尺重为2G，C端为水平轴，不计摩擦，当BC部分处于水平静止时，试求加在A端的最小作用力。G

L2＋G

LGFG＝F2L2G2．均匀杆，每米长重30N，支于杆的左端，在离左端0.2m处挂一重为300N的重物，在杆的右端加一竖直向上的拉力F，杆多长时使杆平衡所需加的拉力F最小，此最小值为多大？G1G2Fx＝G1x/2＋G2l＝

x2/2＋G2lF＝15x＋60/x，因为15x

60/x为常数所以15x＝60/x时F有最小值。即x＝2m时Fmin＝60N。3．如图，重为G、边长为a的均匀正方形板与长为2a的轻杆相连，支于轻杆中点，在杆的右端施一竖直向下的力F，使杆水平，求力F的大小，若为使杆与水平方向成30

角，力F又应多大？GG（1.5a＝Facos30

，0.5acos30－sin30）解法一：GGcos30

1.5a＝Facos30

0.5a＋Gsin30

解法二：例4:有四根相同的刚性长薄片A、B、C、D，质量均为m，相互交叉成井字形，接触点均在各薄片的中点，放置在一只水平的碗口边（俯视图如图所示），并在D薄片右端的N点放上质量也为m的小物体，那么D薄片中点受到的压力为_____________。

FNB2L＝FNA

L＋mg

L2FNB＝FNA＋mgFNBFNAAmgFNB2L＝FNA

L＋mg

L2FNB＝FNA＋mg2FNC＝FNB＋mg2FND＝FNC＋mgFNA2L＝mg2L＋FND

L＋mg

LmgFNAFNDmg2FNB＝FNA＋mg2FNC＝FNB＋mg16FND＝8FNC＋8mgFNA2L＝mg2L＋FND

L＋mg

L2FNA＝FND＋3mg4FNB＝2FNA＋2mg8FNC＝4FNB＋4mg2FND＝FNC＋mg2FNA＝FND＋3mgFND＝17mg/1515FND＝17mg例：如图所示，一根均匀直棒AB，A端用光滑铰链固定于顶板上，B端搁在一块表面粗糙的水平板上，现设板向上运动而棒AB匀速转动，则木板对棒的弹力说法正确的是 （）（A）逐渐变大，（B）先变大后变小，（C）先变小后变大，（D）逐渐变小。GGLG＋FNLf＝FNLNFNFf

Lsin

－Lcos

FN＝GLsin

/21－

cot

＝G/2四．动态平衡：练习1：一均匀的直角三直形木板ABC，可绕过C点的水平轴转动，如右图所示。现用一始终沿直角边AB且作用在A点的力F，使BC边慢慢地由水平位置转至竖直位置。在此过程中，力F的大小与α角变化的图线是（）FαO90°FαO90°FαO90°90°FαOABCDGFFLF＝GLGGFLF＝GLGGFFL＝Gacos(

＋

)a

G练习1：一均匀的直角三直形木板ABC，可绕过C点的水平轴转动，如右图所示。现用一始终沿直角边AB且作用在A点的力F，使BC边慢慢地由水平位置转至竖直位置。在此过程中，力F的大小与α角变化的图线是（）FαO90°FαO90°FαO90°90°FαOABCD2．如图所示，一根不均匀的铁棒AB与一辆拖车相连接，连接端B为一固定水平转动轴，拖车在水平面上做匀速直线运动，棒长为L，棒的质量为40kg，它与地面间的动摩擦因数为3/3，棒的重心C距转动轴为2L/3，棒与水平面成30

角。运动过程中地面对铁棒的支持力为_______N；若将铁棒B端的固定转动轴向下移一些，其他条件不变，则运动过程中地面对铁棒的支持力将比原来__________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。

mgFNFfFNLcos

＋

FNLsin

＝200NFN＝2mg/(1＋

tan

)mgcos

＝32L3.如图所示，质量为m粗细均匀的均质细杆AB在B点用铰链与墙连接，杆与竖直墙面的夹角为

＝37

，A端固定一轻质光滑小滑轮，墙上C点固定轻绳的一端，轻绳水平跨过滑轮另一端悬挂有质量为M的物体G。目前杆AB与物体G都处于静止状态，则杆的质量与物体的质量的比值为m:M＝________；若略微增加物体G的质量，仍要使整个系统处于平衡状态，可适当________(选填“增大”或“减小”)θ角的大小。（sin37

＝0.6，cos37

＝0.8）θABCGMgMgLsin

＋mgLsin

/2＝MgLcos

mgMg2M(cos

－sin

)＝msin

m:M＝2:3

G增大时，逆时针力矩增加的多3.如图所示，质量为m粗细均匀的均质细杆AB在B点用铰链与墙连接，杆与竖直墙面的夹角为

＝37

，A端固定一轻质光滑小滑轮，墙上C点固定轻绳的一端，轻绳水平跨过滑轮另一端悬挂有质量为M的物体G。目前杆AB与物体G都处于静止状态，则杆的质量与物体的质量的比值为m:M＝________；若略微增加物体G的质量，仍要使整个系统处于平衡状态，可适当________(选填“增大”或“减小”)θ角的大小。（sin37

＝0.6，cos37

＝0.8）θABCGmgMgMg要再平衡必须增大顺时针力矩的力臂而减小逆时针力矩的力臂增大例1：如图所示，光滑水平面上有一长木板，一均匀杆质量为m，上端铰于O点，下端搁在板上，杆与板间的动摩擦因数为

＝1/2，杆与竖直方向成45

角，（1）为使板向右匀速运动，向右的水平拉力F应多大？（2）为使板向左匀速运动，向左的水平拉力F应多大？五．平衡综合问题:GFfFfFNLcos45

＝GLcos45

/2＋

FNLsin45

FN＝mgF＝Ff＝

FN＝

mg＝mg/2对杆：对板：向右匀速运动时FNGFFfFf向左匀速运动时FN练习1：如图所示是一种钳子，O是它的转动轴，在其两手柄上分别加大小恒为F、方向相反的两个作用力，使它钳住长方体工件M，工件的重力可忽略不计，钳子对工件的压力大小为FN，当另外用沿虚线方向的力把工件向左拉动时，钳子对工件的压力大小为FN1，而另外用沿虚线方向的力把工件向右拉动时，钳子对工件的压力大小为FN2，则（A）FN1＞FN＞FN2，（B）FN1＜FN＜FN2，（C）FN1＝FN＝FN2，（D）FN1＞FN，FN2＞FN。FNFfFf逆顺逆练习2：如图所示，重为G的物体A靠在光滑竖直墙上，一端用铰链铰在另一墙上的匀质棒支持物体A，棒重为G’，棒与竖直方向的夹角为

，则（ ） （A）物体A对棒端的弹力、摩擦力的合力方向必沿棒的方向，（B）增大棒重G’，物体A对棒的摩擦力将增大，（C）增大物重G，且棒仍能支持A，则A对棒的摩擦力将增大，而弹力不变，（D）水平向右移动铰链，使

角增大，但棒仍能支持A，则A对棒的弹力将增大。GG’FfFfFNFf＝GFNLN

＝GLG＋FfLf3.如图所示，均匀板质量为m/2，放在水平地面上，可绕过B端的水平轴自由转动，质量为m的人站在板的正中，通过跨过光滑滑轮的绳子拉板的A端，两边绳子都恰竖直，要使板的A端离地，人对绳的最小拉力为多大？mgFNFTFTFNmg/2FT＋FN＝mgFTL＝mgL/4

＋FNL/2解法一：隔离法FTFT3mg/2FTL＋FTL/2

＝3mgL/4FT＝mg/2解法二：整体法4．如图所示，均匀细杆AB质量为M，A端装有转轴，B端连接细线通过光滑滑轮和质量为m的重物C相连，若杆AB呈水平，细线与水平方向夹角为

时恰能保持静止，则M与m的关系是____________，杆对轴A的作用力大小为____________。MgmgMgL/2＝mgLsin

M＝2msin

FyFxFy＋mgsin

＝MgFx＝mgcos

MgmgMgL/2＝mgLsin

M＝2msin

FF＝mg4．如图所示，均匀细杆AB质量为M，A端装有转轴，B端连接细线通过光滑滑轮和质量为m的重物C相连，若杆AB呈水平，细线与水平方向夹角为

时恰能保持静止，则M与m的关系是____________，杆对轴A的作用力大小为____________。GFG’G’L/2＋GL＝FRsin45

例2：如图所示，杆AB均匀，长30cm重20N，B端挂一重为G＝10N的物体，A端铰于墙上，轻杆CD为半径10cm的四分之一圆弧，D端铰于墙上，C端铰于杆AB上，求杆CD对杆AB的作用力。1．如图所示，长均为L，质量均为m的两根均匀直杆A、B，它们的上端用光滑铰链铰接，悬挂于天花板上，在距离两杆下端点均为L/3处，用光滑铰链M、N与轻弯杆C铰接，A、B两杆被弯杆C撑开的角度为2

，则可知弯杆C对杆A的作用力的方向为__________，大小为F＝___________。mgmgsin

L2＝Fcos

2L3F＝mgtan

34F2．如图所示，水平横梁的一端A