用木棒扛物體,怎樣最省力?千萬不要讓沒學過物理知識的人解釋!
我們幾乎人人都有這樣的經驗,用一根木棒擱在肩上,在木棒的後端掛一個物體,就這樣扛著物體走。雖然這樣會在肩上增加了壓力,但是卻不必再把物體直接放在肩上,所以有了很多意外的便利。
而且,只要有過扛物體走路經驗的人,都會有這樣的感覺,把物體越靠近肩部,前面往下壓的手越遠離肩部,手上就會感覺越省力。但是實際上此時肩上的壓力卻不一定減小。
可是,如果讓只有這種生活經驗,卻沒有學過物理知識的人來解釋其中的物理原理,他們是肯定無法嚴格按照物理原理解釋出來的。雖說實踐出真知,但是一般老百姓出來的只是結果,而其中的深刻原理卻必須用物理知識來解答,不能隨便按照感覺來解釋。特別是在中考當中,如果出現類似的習題,絕不可憑經驗、用生活語言來解答,而是應該用嚴格的物理公式和邏輯語言來推理。
那麼,此種物理情景到底涉及到中學物理中的什麼物理知識呢?
其實,這正是八年級物理下冊力學中的「槓桿原理」!
我們看看下面這兩道中考物理題,基本上是同一道題的不同考試方法而已。我們來分別研究一下。
多麼熟悉的情景啊,這個生活中最常見的一幕,不就是利用了槓桿原理么?
根據題意,物體通過繩子對木棒施加的向下的拉力為阻力,其阻力臂為OA;手對木棒前端向下的壓力為動力,其動力臂為OB,則根據槓桿平衡公式,可求出此時手壓木棒的壓力大小。
然後對木棒受力分析,其兩端受到向下的兩個拉力,支點受到向上的支持力。由於木棒的質量可忽略不計,故可以列出受力平衡方程如上圖所示。肩對木棒的支持力大小等於兩個向下的壓力。此力很容易就能求出來。
根據槓桿平衡公式,由於物體的重力不變,要減小手壓木棒的壓力大小,則可以減小阻力臂、增大動力臂,也就是說可將支點向A移動。
既然如此,下面這道中考物理題就很容易解釋了。
這道題是一道簡答題,很顯然,應該是甲做法手臂感覺更輕便,更合理。
因為兩種方式中,物體的重力大小不變,動力臂大小几乎不變。要讓手臂感覺輕便,也就是讓動力更小,則阻力臂必須變小,這樣阻力與阻力臂的乘積會更小,在動力臂不變的情況下,動力就會更小。
其實,對於這種問題,我們還可以考慮一下肩部的感受,如果考慮現實情況,也就是說肩部所受到的壓力應該等於木棒的重力加上動力以及阻力,那麼,由於木棒的重力大小和阻力大小是不變的,肩部所受到的壓力大小就取決於動力的大小變化了。由於手臂的長度是一定的,即便動力臂再長也長不過手臂長度,所以動力臂是有個最大值的,也就是說,不管物體怎麼靠近肩部,動力臂的最大值也被限定死了。那麼就出現了一個動力的最小值。所以,當阻力臂最小、動力臂最大即手臂伸的最長時,動力最小。此時肩部感受是最輕鬆的。也就是說肩部所受壓力是最小的。
我們再拓展一下,如果是用扁擔兩頭都挑著物體呢?很顯然,這取決於扁擔兩頭物體的重力大小,如果重力一樣,肩膀應該位於扁擔中間位置;如果一頭重一頭輕,肩膀應該靠近重的那一端。
看看,就這麼簡單的一個生活情景,就蘊含著豐富的物理知識,物理真的是無處不在啊。
中學生朋友們,生活中處處都是物理知識,萬物之理謂之物理!養成見物思理的習慣吧。為了美好的未來,加油!
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