一、力学中的动态问题分析1、变动中力的平衡问题的动态 分析①矢量三角形法 物体在三个不平行的共点力作用下平衡,这三个力必组成一首尾相接的三角形
用这个三角形来分析力的变化和大小关系的方法叫矢量三角形法,它有着比平行四边形更简便的优点, 特别在处理变动中的三力问题时能直观的反映出力的变化过程
例 1、如图 1a 所 示,绳 OA、OB 等长,A 点固定不动,将 B 点沿圆弧向 C 点运动的过程中绳 OB 中的张力将[ ] A、由大变小; B、由小变大 C、先变小后变大 D、先变大后变小 解:如图 1b,假设绳端在 B'点,此时O点受到三力作用平衡:T 、书的大小方向不断的变化(图中 T、T T
),但 T 的大小方向始终不变,T 的方向不变而大小改变,封闭三角形关系始终成立
不难看出; 当 T与 T垂直时,即 a+=90 时,T取最小值,因此,答案选 C
②相似三角形法 物体在三个共点力的作用下平衡,已知条件中涉及的是边长问题,则由力组成的矢量三角形和由边长组成的几何三角形相似, 利用相似比可以迅速的解力的问题
例 2、如图 2a 所示,在半径为R的光滑半球面上高 h 处悬挂一定滑轮
重力为G的小球用绕过滑轮的绳子站在地面上的人拉住
人拉动绳子,在与球面相切的某点缓慢运动到接近顶点的过程中,试分析半球对小球的支持力和绳子拉力如何变化
分析与解:受一般平衡问题思维定势的影响,以为小球在移动过程中对半球的压力大小是变化的
对小球进行受力分析:球受重力G、球面对小球的支持力N和拉力T,如图 2b 所示:可以看到由N、T、G 构成的力三角形和由边长 L、R、h+R 构成的几何三角形相似,从而利用相似比 N/G=R/R+h,T/G=L/R+h
由于在拉动的过程中,R 、h 不变,L 减小,则N=R G/R+h 大小不变, 绳子的拉力 T=L G/R+h