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力矩和力矩平衡
一:力矩的概念力矩的概念力矩的力矩是改变转动物体的运动状态变化的物理量,门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时,必须受到力的作用。但是,我们若将力作用在门、窗的转轴上,则无论施加多大的力都不会改变其转动状态,可见物体的转动运动状态的变化不仅与力的大小有关,还与受力的方向、力的作用点有关。力的作用点离转轴越远,力的方向与转轴所在平面越趋于垂直,力使转动物体运动状态变化得就越明显。在物理学中力对转动物体运动状态变化的影响,用力矩这个物理量来表示,因此,力矩被定义为力与力臂的乘积。力矩概括了影响转动物体运动状态变化的所有规律,力矩是改变转动物体运动状态的物理量。力矩是表示力对物体产生转动作用的物理量,是物体转动转动状态改变的原因。它等于力和力臂的乘积。表达式为:MFL,其中力臂L是转动轴到F的力线的(垂直)距离。单位:Nm效果:可以改变转动物体运动状态。转轴:转轴:物体转动时,物体上的各点都沿圆周运动,圆周的中心在同一条直线上,这条直线就叫转轴。特点:特点:1,体中始终保持不动的直线就是转轴。2,体上轴以外的质元绕轴转动,转动平面与轴垂直且为圆周,圆心在轴上。3,转轴相平行的线上各质元的运动情况完全一样。大多数情况下物体的转轴是容易明确的,但在有的情况下则需要自己来确定转轴的位置。如:一根长木棒置于水平地面上,它的两个端点为AB,现给B端加一个竖直向上的外力使杆刚好离开地面,求力F的大小。在这一问题中,过A点垂直于杆的水平直线是杆的转轴。象这样,在解决问题之前,首先要通过分析来确定转轴的问题很多,只有明确转轴,才能计算力矩,进而利用力矩平衡条件。作用于同一物体的同一力,由于所取转轴的位置不同,该力对轴的力矩大小可能发生相应的变化,对物体产生转动作用的方向(简称“转向”)也可能不同。例如如右图中的力F,若以o1为轴(即对o1取矩)其力矩为M1FL1,使物体逆时针转,若以o2为轴(即对o2取矩)其力矩为M2FL2,使物体顺时针转,由图可知L1L2,故M1M2,且二者反向。由此可见,一谈力矩,必须首先明确是以
f何处为轴,或对谁取矩。
力矩的方向:力矩的方向:力矩:力臂L和力(F)的叉乘M。即:ML×F。其中L是从转动轴到着力点的矢量F是矢量力;力矩也是矢量。
补充知识:矢量积(叉乘)
1、定义:对矢量a与b,若矢量c满足2,的模
cabsi
θ
,θ为a与b之间夹角r
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