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托盘天平佯谬三拉杆OA的受力施力分析

发布时间:2024/1/24 13:36:26   
托盘天平,源自百度图片

虽然没有阻尼,托盘天平就不可能正常使用,但为简明起见,在下述分析中,仍然忽略各种各样的摩擦。

托盘天平结构简图

图2中拉杆OA所受的重力显然由支点O与竖直杆AB共同承担。

当天平放在水平台上时,因DBAO始终都是平行四边形,故杆AB与OD始终平行。换言之,AB杆始终处在竖直线上。

以O为支点,将竖直杆AB对OA施加的力沿竖直和OA两条直线分解,由杠杆原理或力矩平衡条件可推知,拉杆OA平衡时竖直杆对OA施加的力的竖直方向的分力的大小是一定的。反过来,若将拉杆OA对竖直杆AB所施加的力沿OA和竖直两个方向进行分解,那由牛顿第三定律可知,在OA杆平衡时,竖直方向的分力的大小也是一定的。

将上述的竖直方向的分力并入到竖直杆所受的重力之中,再将托盘、盘中砝码、托盘底座、竖直杆AB视作一个整体,并记作ZT。ZT可绕刀锋B转动。在托盘天平正常使用的情况下,ZT受到三个力,竖直向下的重力、拉杆OA施加的沿OA所在直线的力以及刀锋B对之所施加的支撑力。

以刀锋B为转轴分析ZT的平衡。由力矩平衡条件可知,拉杆施加的力的大小等于ZT的重力对刀锋B的力矩的大小与刀锋B到OA的距离的比值。若ZT的重力的作用线刚好通过刀锋B,则此力的大小就等于零。若ZT的重心偏在刀锋的左侧,则拉杆对竖直杆施加的力为拉力,方向由A指向O;若偏在右侧,则它对竖直杆施加的力就为推力,方向由O指向A。ZT越重,重心偏离刀锋越远,推拉的力就越大。



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