物體受力分析的基本步驟
(1)首先必須確定研究對(duì)象,可以將其與周圍物體隔離,只分析其所受到的力,而不考慮研究對(duì)象對(duì)周圍物體的斥力;
(2)一般應(yīng)先分析場(chǎng)力(重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等)。
然后分析彈性。 圍繞研究對(duì)象,找出研究對(duì)象與其他物體有多少個(gè)接觸面(點(diǎn)),以及有多少個(gè)接觸面(點(diǎn))可能受到多個(gè)彈力。 然后分析接觸面(點(diǎn))與研究對(duì)象之間是否存在擠壓,如果存在,則畫出彈力。
最后分析摩擦力。 根據(jù)摩擦力的形成條件,有彈性的地方可能會(huì)受到摩擦力。然后根據(jù)接觸面是否粗糙,物體之間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),畫出摩擦力以及研究對(duì)象
(3)根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及物體周圍其他物體的分布,分析待定力,繪制研究對(duì)象的受力圖;
(4) 根據(jù)力、平移多項(xiàng)式和旋轉(zhuǎn)多項(xiàng)式的概念(特例為平移平衡多項(xiàng)式和旋轉(zhuǎn)平衡多項(xiàng)式)來檢驗(yàn)分析的所有力的合力和合力矩是否滿足給定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在問題中。 如果不滿足,必定存在遺漏或用力過猛等故障,必須重新分析。
分析物體受力時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題
1、有時(shí)為了簡(jiǎn)化問題,會(huì)有一些提示,比如“輕繩”、“輕桿”,意思是不考慮繩子和桿的重力; 如“光滑表面”,表示不考慮摩擦力。
2、彈力的表示方式多種多樣。 我們平時(shí)所說的“壓力”、“支撐力”、“拉力”、“推力”、“拉力”實(shí)際上都是彈力。 兩個(gè)物體的接觸是形成彈力的必要條件,但不是充分條件,即接觸不一定形成彈力。 有些情況下接觸時(shí)沒有彈性。
3、只有當(dāng)兩個(gè)物體的接觸面之間存在彈力時(shí),才會(huì)存在摩擦力。 如果接觸面粗糙,是否有摩擦? 如果有摩擦力,那么方向呢? 這也將由研究對(duì)象遇到的其他力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定。 例如,當(dāng)物體A放置在夾角為θ的粗糙斜坡上時(shí),當(dāng)施加沿著斜坡向下作用的力F時(shí),物體A處于靜止?fàn)顟B(tài)。 物體A承受的力是多少? 由通常的受力分析方法可知,A必須受到重力G、坡面支撐力N和拉力F的作用,但靜摩擦力可能沿坡度上升,也可能沿坡度下降,也可能是沿坡度下降。恰好為零,這就需要分析物體A與斜率的關(guān)系,才能確定其相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)及其方向。
4、關(guān)節(jié)的受力分析可以凸顯隔震法的優(yōu)勢(shì),可以將個(gè)體內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力,方便牛頓第二定理的應(yīng)用。 但在選擇研究對(duì)象時(shí),一定要根據(jù)需要而定。 它可以是一個(gè)物體或幾個(gè)物體的聯(lián)合體,也可以是一個(gè)整體。 不要盲目隔離,以免問題復(fù)雜化。
5、分析力時(shí)要注意粒子與物體的區(qū)別。 由于物體的運(yùn)動(dòng)條件不同或研究點(diǎn)不同,有時(shí)可以將物體視為質(zhì)點(diǎn),有時(shí)則不能視為質(zhì)點(diǎn)。 如果不考慮物體的旋轉(zhuǎn)而只考慮平移,則可以將物體視為質(zhì)點(diǎn)。 隨后,用牛頓運(yùn)動(dòng)定理討論力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí),將物體視為粒子,物體受到共點(diǎn)力。
6、注意分析的每一個(gè)力,都要找到其施力對(duì)象,以免分析出更多不存在的個(gè)體力。 例如,車輛剎車時(shí),繼續(xù)向前移動(dòng),這是物體慣性的表現(xiàn),并沒有向前的“沖力”。 另一個(gè)例子是沿水平方向投擲物體。 物體被平拋,只受到重力的影響,沒有水平方向拋擲的力。
7、注意只分析研究對(duì)象的力摩擦力受力分析的方法,而不分析研究對(duì)象對(duì)其他物體施加的力。 例如,所研究的對(duì)象是A,那么只能分析“A對(duì)A”、“B對(duì)A”、“C對(duì)A”……的力,而不能對(duì)“A對(duì)A”的力進(jìn)行分析。 A”、“A對(duì)B”、“A對(duì)C”……力量。 不要將作用在其他物體上的力誤認(rèn)為是通過“力的傳遞”作用在研究對(duì)象上。
例如:兩個(gè)物體A、B并排放置在水平面上,用水平恒力F推動(dòng)物體A,兩個(gè)物體A、B一起運(yùn)動(dòng)。 物體B僅受到重力mg、地面的支撐力N1、物體A對(duì)其的推力N2以及地面對(duì)其的摩擦力f。 沒有推力F,感覺不到F通過物體A傳遞給B。
8. 注意摩擦力受力分析的方法,合力和分力不能同時(shí)是作用在物體上的力。
例如:質(zhì)量為m的物體靜止在夾角θ的斜面上時(shí),受到三個(gè)力的影響:重力mg、斜面上的支撐力N、摩擦力f; 支撐力N和摩擦力f以及五個(gè)力mgsinθ、mgcosθ的作用。 mgsinθ和mgcosθ只是重力沿斜面和垂直斜面的兩個(gè)分力。
9、注意只分析按性質(zhì)命名的力(場(chǎng)力、彈力、摩擦力等),不分析按療效命名的力(向心力、滑動(dòng)力、回復(fù)力等)。 )。 例如,一個(gè)簡(jiǎn)單的擺在擺動(dòng)過程中僅受到重力和繩索張力的影響,而不受恢復(fù)力的影響。
10、分析物體所受的力時(shí),不僅要考慮它與周圍物體的相互作用,還應(yīng)考慮物體的運(yùn)動(dòng)(平衡狀態(tài)、加速或減速運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng))。 當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)不同時(shí),其受力必然不同。 例如,當(dāng)放置在水平傳送帶上的物體隨傳送帶移動(dòng)時(shí),如果傳送帶加速,則物體上的靜摩擦力將向前移動(dòng); 如果傳送帶速度減慢,物體上的靜摩擦力就會(huì)向后移動(dòng); 如果傳送帶以恒定速度移動(dòng),物體就不會(huì)受到靜摩擦力。
另請(qǐng)注意,每次繪制力時(shí),必須沿著力的方向繪制箭頭并用符號(hào)標(biāo)記。
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