輕繩模型
輕繩模型的構建
輕繩或稱為細線,它的質量可忽視不計,輕繩是軟的,不能形成側向力,只能形成順著繩子方向的力。它的勁度系數十分大,以至于覺得在受力時形變極微小,看作不可伸長。
輕繩模型的特征
①輕繩各處受力相等,且拉力方向順著繩子;
②輕繩不能伸長;
③用輕繩聯接的系統通過輕繩的碰撞、撞擊時,系統的機械能有損失;
④輕繩的彈力會發生突變。
活結”與“死結”
繩是物體間聯接的一種形式,當多個物體用繩聯接的時侯,其間必然有“結”的出現,按照“結”的方式不同,可以分為“活結”和“死結”兩種.
活結
“活結”可理解為把繩子分成兩段,且可以沿繩子聯通的結點.“活結”一般是由繩越過滑輪或則繩上掛一光滑掛鉤而產生的.繩子似乎因“活結”而彎曲,但實際上是同根繩,所以由“活結”分開的兩段繩子上彈力的大小一定相等,兩段繩子合力的方向一定沿這兩段繩子傾角的平分線.
死結
“死結”可理解為把繩子分成兩段,且不可沿繩子聯通的結點。“死結”一般是由繩子打結而產生的,“死結”兩側的繩子因打結而弄成兩根獨立的繩子
死結的特征:
1.繩子的結點不可隨繩聯通
2.“死結”兩側的繩子因打結而弄成兩根獨立的繩子,因而由“死結”分開的兩端繩子上的彈力不一定相等
習題演習
例1:如圖所示,將一細繩的兩端固定于兩豎直墻的A、B兩點,通過一個光滑的掛鉤將某重物掛在繩上,下邊給出的四幅圖中有可能使物體處于平衡狀態的是()
【答案】C
【解析】由于重物是通過一個光滑的掛鉤掛在繩上,繩子張力處處相等,而兩側繩子的合力大小等于物體的重力,方向豎直向下,由對稱性可知兩側繩子與豎直方向的傾角相等,所以C正確。
例2:如圖所示,在水平天花板的A點處固定一根輕桿a,桿與天花板保持垂直.桿的上端有一個輕滑輪O.另一根細線下端固定在該天花板的B點處,細線越過滑輪O,上端系一個重為G的物體,BO段細線與天花板的傾角為θ=30°.系統保持靜止,不計一切磨擦.下述說法中正確的是()
A.細線BO對天花板的拉力大小是G/2
B.a桿對滑輪的斥力大小是G/2
C.a桿和細線對滑輪的合力大小是G
D.a桿對滑輪的斥力大小是G
【答案】D
解析:細線上的彈力處處相等細線BO對天花板的拉力為G兩段細線上的彈力均為G,構成矩形,大小等于a桿對滑輪的斥力。a桿和細線對滑輪的合力大小為0。
例3:如圖所示,AO和BO懸掛一個重物,現將繩子AO由如圖所示的位置移到豎直,該過程中,OB繩子一直保持水平,則下述說法中正確的是()
A.OA繩子拉力降低
B.OA繩子拉力先降低后減小
C.OB繩子拉力降低
D.OB繩子拉力減小
解析AC.
對點O受力剖析,遭到三個繩子的拉力,其中向上的拉力大小、方向都不變,往右的拉力方向不變、大小變,向左上方的拉力大小和方向都變,按照平衡條件,運用合成法畫圖剖析.
【解析】
對點O受力剖析,受重力mg、拉力FB和FA,將三個力首尾相連,構成矢量三角形,如圖;
從上圖可以看出,細線AO與豎直方向傾角逐漸變小的過程中,拉力FA漸漸減少,拉力FB也漸漸減少;
例4如圖所示,用輕繩將重球懸掛在豎直光滑墻面上,當輕繩變長時()
A.繩子拉力變小,墻對球的彈力變大
B.繩子拉力變小,墻對球的彈力變小
C.繩子拉力變大透明彈力繩子怎么打結,墻對球的彈力變大
D.繩子拉力變大透明彈力繩子怎么打結,墻對球的彈力變小
答案:B
【解析】以小球為研究對象,設繩子與豎直方向傾角為
,繩子變長,繩子與豎直方向傾角減少,繩子的拉力降低,
,傾角減少支持力降低,B對;
例5:如圖所示,用一根繩子a把物體掛上去,再用一根水平的繩子b把物體拉向一旁固定上去.物體的重量是40N,繩子a與豎直方向的傾角θ=30°,繩子a和b對物體的拉力分別是多大?
以物體為研究對象,剖析受力情況,做出力圖,按照平衡條件采用正交分解法求解.
【解析】
以物體為研究對象進行受力剖析,做出力圖如圖所示.
設繩子A對物體的拉力大小為FA,繩子B對物體的拉力大小為FB:
以水平方向為x軸,豎直方向為y軸構建直角座標系,
由共點力的平衡條件得:
FB-°=0①
°-G=0②
代入數據聯立求解①②得
N,
答:繩子a和b對物體的拉力分別是
N,
N.