力的作用點

力的作用點是力的三要素(大小、方向、作用點)之一。

研究力的問題中表現力的方法:物理學中通常用一條帶箭頭的線段表示力。在受力物體上沿著力的方向畫一條線段,線上段的末端畫一個箭頭表示力的方向,線段的起點或終點表示力的作用點。

基本介紹

  • 中文名:力的作用點
  • 外文名:Acting point of force
  • 領域:力學
  • 範疇:力的三要素之一
  • 使用技巧:扭螺釘、推門等日常行為
  • 相關名詞:力的作用方向
簡介,套用,關於“力的作用點”的討論,

簡介

力的作用點是力的三要素(大小、方向、作用點)之一。
國中教科書對力的三要素的說明國中教科書對力的三要素的說明
研究力的問題中表現力的方法:物理學中通常用一條帶箭頭的線段表示力。在受力物體上沿著力的方向畫一條線段,線上段的末端畫一個箭頭表示力的方向,線段的起點或終點表示力的作用點。
在科學研究中,為了方便,經常對研究對象抽象、具體和形象化。力是物體對物體的作用,具體有推、拉、提、壓、吸引、排斥等作用方式。研究時,我們可以把作用在物體上的力,看作是集中在一點,這就是力的作用點。力的大小、方向和作用點叫做力的三要素,因為影響力的作用效果的所有方面都可以歸結成為這三個因素。

套用

同樣大小的兩個力,方向也相同,作用在一個物體上的不同位置,產生了不同的效果,說明力的作用點影響力的作用效果。
扭螺釘, 在扳手上離螺釘越遠的位置施力越省力,離近越費力。
推門的技巧:
在門柄處推門很容易,可在門的最里側推門卻很難推開。

關於“力的作用點”的討論

在功的定義式
中,表示力的作用點的位移,那么什麼是力的作用點?力的作用點是否表示受力物體?對作用點的位移又應如何理解?這些問題在受力物體可作為質點處理的情況下,似乎是不值一提的。但是,當受力物體不能作為質點處理,或者說受力物體各部分位移不同時,這些問題就直接關係到做不做功、做多少功了,因此很有討論的必要。
應該強調指出,力的作用點不是一個僅僅和力矢t起點相關聯的抽象點,而是有具體物理內涵的。當受力物體不能作為質點處理時,力的作用點不能代表整個受力物體,它只能代表受力物體中直接受到力作用的那一部分質點,因此公式
中,s應是指受力物體中直接受力的那部分質點的位移大小,而與物體其他部分的位移無關。當然,s的大小還和坐標系的選取有關。
以下就幾種具體情況進行討論。
(1)受力物體各部分位移不同,作用點有位移。
圖1中繩子的拉力T使彈簧伸長了s,但整根彈贊的位移顯然不是s。s應是拉力T的作用點的位移,而這個作用點不是抽象的,它代表著繩子直接作用的彈黃上那一點a,拉力T正是作用於彈簧上這一a點做功,把能t輸給了整根彈簧。
(2)受力物體各部分位移不同,作用點沒有位移。
圖2中一個彈性小球與剛性平面在垂直方向上發生碰撞,現在分析碰撞過程中的做功問題。為分析方便計,可以用一個重物下的彈黃代替彈性球能發生形變的那一部分,彈贊上的重物相當於不發生形變的部分(這部分可作為質點處理)。在發生碰撞時,平面和彈簧下端a都沒有位移,彼此都不做功,也沒有能量交換。但是重物和彈簧上端都有位移,它們彼此間做功,達到動能和勢能間的相互轉化。
這就是說,當彈性球與剛性平面碰撞時,剛性平面是不做功的,彈性球之所以能彈回去,是由於球的各部分之間的內力做功發生能量轉化的結果。人站在地面上可以向上跳起,做功問題也可進行類似分析。
(3)受力物體沒有位移,力的作用點相時於受力物體發生轉移。
圖3中物體B保持靜止,物體A在物體B上移動了距離s,A、B間存在滑動摩擦力f。現在我們來考寮A對B的滑動摩擦力fAB的做功問題。如果把力的作用點僅僅理解為力矢最的起點,那么,作用點的位移為s,fAB做的功W>O。而B物體受到的其他外力做功為零,由動能定理,B物體的末速度v≠0,但這與已知條件發生矛盾。問題在哪裡呢?動能定理是不會錯的,唯一的毛病就在於對作用點的理解。力的作用點不是抽象的力矢里的起點,而是代表物體中直接受力的部分。當A在B上滑動時,B物體的受力部分,即fAB的作用點不斷更換,不斷“轉移”,但是任何一個作用點,也就是B上任何一個和A接觸的部位,相對地面來說都沒有位移,所以s=0,W=0。
(4)受力物休有位移,力的作用,點相時受力物體發生轉移。
汽車在地面行駛時,主動輪受到的靜摩擦力不做功,這是大家熟知的結論。我們也可以根據前面的討論進行解釋。如圖4所示,汽車行駛時,汽車有位移s。,但這個位移不能用來計算靜摩擦力的功,因為車輪相對於車身有運動,整部汽車不能作為質點。在公式
中,只能是靜摩擦力直接作用的那部分輪胎表面的位移。但這部分輪胎表面與地面接觸時,沒有發生位移(無滑動),當它離開地面後,靜摩擦力又不作用在它上面,而是轉移到另一部分表面,也就是說,有作用力時,受力點沒有位移,而車輪受力點有位移時,它又不受地面摩擦力的作用,W當然等於零。我們知道汽車之所以能夠運動,是由於汽車的內力(即內部各部分之間的作用力)作功的結果,是以汽車燃料內能的減少為代價的。汽車之所以獲得運動的動能絕非地面的靜摩擦力作功。
由以上幾個例子可知,儘管力學中關於做功的具體情況很多,但只要正確理解作用點的概念,就不難對位移s和功W作出正確判斷了。

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