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表示机械省力程度的物理量。机械虽然绝对不能省功,但可以省力。使机械作功的力称为“动力”(F),阻碍机械作功的力称为“阻力”(P)。使用机械的目的,在于使用很小的动力而与阻力平衡。所谓机械效率(A),就是机械的有用阻力(P)跟动力(F)的比值。
机械效率<1时,省力费时,例如,独轮车、钳子、起子、省力的杠杆等都是省力的机械。机械效率=1时,不省力,也不费力。例如物理天枰。机械效率<1时,也可能费力省时,例如竹夹、火钳等。机械利益是由实际测得的有用阻力和动力的大小所决定。由于机械润滑情况的不同,在克服同样的有用阻力时,亦有所不同。机械润滑得不好,无用阻力大,需要动力也大,机械效喜盈门家具率就小些;机械润滑得好,无用阻力小,需要的动力也小,机械效率就大些。新生产出的机器需要磨合,汽车出厂要用上一段时间,目的是使其摩擦阻力减小。但机器陈旧,机件磨损,又会增加阻力。
杠杆的应用
不同类型杠杆各具有不同的特点和用途。掌握了杠杆原理,就可根据需要有意识地选用不同类型的杠杆来使用。应明确:省力杠杆省力但要多移动距离,费力杠杆费力但省距离,等臂杠杆不省力也不省距离,又省力又省距离的杠杆是没有的。有的杠杆是否省力或省距离,不是永恒不变的。根据使用情况的不同,会由省力变为省距离。例如,用铁锹铲土,往车上装土的过程都会有所改变。铲土时支点在动力点及阻力点之间,在装土时动力点在支点与阻力点之间。为此,在使用杠杆时应注意几点:
1.解答杠杆问题时,必须根据题意画出示意图,在图上标出杠杆的支点、动力作用线和阻力作用线。同时用线段标明动力臂和阻力臂的大小,再根据杠杆平衡条件,列出方程,进行计算。
2.力臂是一个重要的概念。力臂是从支点到力的作用线的垂直距离,不要理解为力臂是从支点到力的作用点的长度。动力和阻力都是指作用在同一杠杆上的力,而不是作用在重物或其他物体上的力。
3.画杠杆示意图的方法:
(1)画出杠杆:用粗直线表示直杠杆,用变曲的粗线表示曲杠杆。
(2)在杠杆转动时找出支点,并在支点旁用箭头表示杠杆转动的方向。
(3)根据转动方向判断动力、阻力的方向。动力、阻力的作用点应画在杠杆上,可用力的示意图表示。
(4)用虚线表示力的作用线的延长线和力臂。
4.杠杆的平衡条件,适用于任意一个平衡位置上,所谓杠杆的平衡是指杠杆静止不转动或匀速转动。
杆秤
它是测量物体质量的量度工具,是以提纽为转动轴,根据杠杆平衡原理制造的。杆秤陆虎家具主要由秤杆、秤砣、秤钩(或秤盘)等构成。如图1-23所示。G表示杆秤的重力,B点是它的重点,未挂重物时若将
A点即为杆秤的“定盘星”。在秤钩上加物W后,将秤砣从A点移到A'
力G相对应的刻度A'的位置。杆秤是我国劳动人民所发明并使用已久的测量工具,旧秤以斤,两为单位计量,现代则以以千克计量。
力矩
又叫“转矩”,是表示力对物体作用时,使物体发生转动或改变转动状态的物理量。力矩是矢量。力矩的大小等于力与从转轴到力的作用线的垂直距离之乘积。如果物体所受的力不在垂直于转轴O的平面内,就必须把力分解成两个分力:一个分力与转轴平行;另一个分力是在转动的平面内。只有转动平面内的分力才可能改变物体的转动状态。因此,在力矩等于力跟力臂乘积的计算中,应理解力是在它的作用点的转动平面内的分力。如这一点在力的作用线上,则力矩为零。如果若干个力同时作用在一个物体上,则合力矩是所有分力矩的代数和。一个处于平衡的物体,顺时针方向力矩的和等于逆时针方向力矩的和,在国际单位制中,力矩的单位是米·牛顿。其方向用右手螺旋法则决定。在中学阶段,因为只研究有固定转轴的物体的平衡,力矩就只有两种转向。规定物体逆时针转动的力矩为正,使物体顺时针转动的力矩为负。力矩愈大,使物体转动状态发生改变的效果就愈明显。用大小相同的力推门时,力的作用点离转轴愈远,且方向垂直于门,力臂愈大,则推门愈省力。
力偶
大小相等、方向相反,但作用线不在同一直线上的两个力叫作“力偶”。用双手攻螺纹或用手旋钥匙、水龙头时,所施加的作用常是力偶。它能使物体发生转动,或改变其转动状态。汽车驾驶员双手转动转向盘时所施加的一对力就是一个力偶。力偶的转动效果决定于力偶矩的大小。力偶矩等于其中任何一个力的大小和两力作用线之间的垂直距离(力偶臂)的乘积。如图1-24所示。如果百灵家具作用力F的方向跟AB垂直,AB的长度等于d,那么这个力偶的力偶矩(M)为:
M=±Fd。
式中Fd为力偶矩的大小,符号用来表示力偶的转向。规定力偶逆时针转向取“+”,反之取“-”(也可规定,力偶顺时针转向取“+”,那么力偶逆时针转向就取“-”)。应注意:力偶中力的方向不跟AB垂直时,应像力矩那样分解成垂直分量,再进行计算。力偶的转矩(即力偶矩)和所绕着转动的点无关。由于力偶的合力为零,它不能使物体产生位移,只能使物体发生转动或改变物体的转动状态。
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