通過杠桿內(nèi)容的學(xué)習(xí),同學(xué)們已經(jīng)知道了當(dāng)杠桿處于平衡狀態(tài)時符合其平衡條件,即F·L1=F·L2。那么我們該怎樣運(yùn)用此原理做出杠桿中的最小的動力呢?下面就此類問題做一下探討。
根據(jù)杠桿的平衡條件F·L1=F·L2可知,在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下,要使所使用的動力最小,必須使動力臂最長。而在通常情況下,連接杠桿中支點(diǎn)和動力作用點(diǎn)這兩點(diǎn)所得到的線段是最長的,所以要做出杠桿中的最小動力,可以按照以下幾個步驟進(jìn)行:
(1)確定杠桿中的支點(diǎn)和動力作用點(diǎn)的位置;
(2)連接支點(diǎn)與動力作用點(diǎn),得到最長的線段;
。3)經(jīng)過動力作用點(diǎn)做出與該線段垂直的直線;
(4)根據(jù)杠桿平衡原理,確定出使杠桿平衡的動力方向。
這里我們將此類問題分為兩類進(jìn)行討論。
一、知道杠桿中的動力作用點(diǎn)的位置
在有些作圖題中,杠桿的動力作用點(diǎn)的位置已經(jīng)知道,我們就可以按照上述步驟進(jìn)行正確做圖。
例1 如圖1,杠桿AOBC可繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動,在A處掛上一重物G,欲在C處施加一最小動力,使其能在圖示位置平衡。請做出此動力的方向。
分析:(1)杠桿AOBC可以繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動,所以O(shè)點(diǎn)是杠桿的支點(diǎn);且要求在C處做出最小動力,故C點(diǎn)是動力作用點(diǎn)。
(2)連接支點(diǎn)O與動力作用點(diǎn)C,得一線段OC;
。3)過C點(diǎn)做線段OC的垂線;
。4)由圖可知,由于阻力作用點(diǎn)A與動力作用點(diǎn)C在支點(diǎn)O的兩側(cè),故兩力的方向必須基本一致,才能使杠桿平衡。所以動力的方向應(yīng)向下。(如圖所示)
二、不知道杠桿中的動力作用點(diǎn)的位置
如果不知道杠桿的動力作用點(diǎn)的位置,我們應(yīng)該首先要根據(jù)使動力臂最長的條件,確定出動力作用點(diǎn)的位置,然后再進(jìn)行作圖。
例2 如圖2,用一根細(xì)繩將杠桿AOB在O點(diǎn)懸掛起來,并在B處掛一重物G,欲在杠桿上施加一最小動力F,使其在圖示位置平衡,該怎樣做出。
分析:同學(xué)們在解題過程中,往往會將A點(diǎn)作為動力在作用點(diǎn),OA作為動力臂,這樣做出的力臂其實并不是最短的。根據(jù)我們學(xué)過的知識知道,動力的作用點(diǎn)都應(yīng)該取在杠桿上,那么若將動力作用點(diǎn)取在支點(diǎn)右側(cè)就會發(fā)現(xiàn),所得到的力臂可能比OA更長。這樣理解與分析后,就可知道動力作用點(diǎn)應(yīng)取在B點(diǎn),將OB作為動力的力臂是最長的,做出的動力也就是最小的。(如圖所示)
這樣的方法你掌握了嗎?不妨做一下下面兩題:
題1 如圖3,一圓柱形鐵桶放在水平地面上,欲使其C點(diǎn)稍稍抬離地面,則在B處施加一最小動力,該怎樣作出?(提示:D點(diǎn)是支點(diǎn),B點(diǎn)動力作用點(diǎn)。)
題2 如圖4,有一質(zhì)量較大的鐵球放在臺階下,其中O1是鐵球的球心。欲將它推到臺階上,試做出將鐵球推到臺階上的最小動力。(提示:O點(diǎn)是動力作用點(diǎn);直徑是圓中最長的弦,可連接OO1交圓于A,將A點(diǎn)作為動力作用點(diǎn)。)
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