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【解析】由于彈力的方向總是垂直于接觸面,在A點(diǎn),彈力F1應(yīng)該垂直于球面,所以沿半徑方向指向球心0;在B點(diǎn)彈力F2垂直于墻面,因此也沿半徑指向球心0。

【點(diǎn)評(píng)】注意彈力必須指向球心,而不一定指向重心。又由于F1、F2、G為共點(diǎn)力,重力的作用線必須經(jīng)過(guò)0點(diǎn),因此P和0,必在同一豎直線上,P點(diǎn)可能在0的正上方(不穩(wěn)定平衡),也可能在0的正下方(穩(wěn)定平衡)。

【例2】如圖所示,重力不可忽略的均勻桿被細(xì)繩拉住而靜止,試畫(huà)出桿所受的彈力。

【解析】A端所受繩的拉力F1沿繩收縮的方向,因此沿繩向斜上方;B端所受的彈力F2垂直于水平面豎直向上。

【點(diǎn)評(píng)】、由于此直桿的重力不可忽略,其兩端受的力可能不沿桿的方向。桿受的水平方向合力應(yīng)該為零。由于桿的重力G豎直向下,因此桿的下端一定還受到向右的摩擦力f作用。

【例3】圖中AC為豎直墻面,AB為均勻橫梁,其重為G,處于水平位置。BC為支持橫梁的輕桿,A、B、C三處均用鉸鏈連接。試畫(huà)出橫梁B端所受彈力的方向。

【解析】輕桿BC只有兩端受力,所以B端所受壓力沿桿向斜下方,其反作用力,輕桿對(duì)橫梁的彈力F沿輕桿延長(zhǎng)線方向斜向上方。

【例4】畫(huà)出圖中物體A所受的力(P為重心,接觸面均光滑)。

【解析】判斷彈力的有無(wú),可以采用拆除法:“拆除”與研究對(duì)象(受力物體)相接觸的物體(如題中的繩或接觸面),如果研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生改變,則不受彈力,否則將受到彈力的作用。各圖受力如下圖所示。

(三)彈力的大小

對(duì)有明顯形變的彈簧,彈力的大小可以由胡克定律計(jì)算。對(duì)沒(méi)有明顯形變的物體,如桌面、繩子等物體,彈力大小由物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同決定。

1.胡克定律可表示為(在彈性限度內(nèi)):F=kχ,還可以表示成△F=△χ,即彈簧彈力的改變量和彈簧形變的改變量成正比。

2.“硬”彈簧,是指彈簧的k值較大。(同樣的力F作用下形變量△χ較小)

3.幾種典型物體模型的彈力特點(diǎn)如下表。

【例5】

如圖所示,兩物體重力分別為G1、G2,兩彈簧勁度系數(shù)分別為k1、k2,彈簧兩端與物體和地面相連。用豎直向上的力緩慢向上拉G2,最后平衡時(shí)拉力F=G1+2G2,求該過(guò)程系統(tǒng)重力勢(shì)能的增量。

【解析】關(guān)鍵是搞清兩個(gè)物體高度的增量△h1和△h2與初、末狀態(tài)兩根彈簧的形變量△χ1、△χ2、△χ3、△χ4間的關(guān)系。

無(wú)拉力F時(shí),△χ1=(G1+G2)/k1,△χ2=G2/k2,(△χ1、△χ2為壓縮量)

加拉力F時(shí),△χ3=G2/k1,△χ4=(G1+G2)/k2,(△χ3、△χ4為伸長(zhǎng)量)

而△h1=△χ1+△χ3,△h2=(△χ3+△χ4)+(△χ1+△χ2),

系統(tǒng)重力勢(shì)能的增量△Ep=G1.△h1+G2.△h2,

整理后可得:△Ep=(G1+2G2){(G1+G2)/k1+G2/K2}。

四、摩擦力

(一)摩擦力產(chǎn)生的條件

摩擦力的產(chǎn)生條件為:兩物體直接接觸、相互擠壓、接觸面粗糙、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這四個(gè)條件缺一不可。

兩物體間有彈力是這兩物體間有摩擦力的必要條件(沒(méi)有彈力不可能有摩擦力)。

(二)滑動(dòng)摩擦力的大小

1.在接觸力中,必須先分析彈力,再分析摩擦力。

2.只有滑動(dòng)摩擦力才能用公式f=uFN,其中的FN表示正壓力,不一定等于重力G。

【例6】如圖所示,用跟水平方向成a角的推力F推重量為G的木塊沿天花板向右運(yùn)動(dòng),木塊和天花板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,求木塊所受的摩擦力大小。

【解析】

由豎直方向合力為零可得,F(xiàn)N=Fsinα-G,因此f=μ(Fsinα-G)。

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