弹力(一)
一、弹力的产生
力是物体的相互作用,在我们的生活中,最常见的相互作用就是两个物体相互接触后的挤压或者拉伸。
当两个物体接触并产生挤压或者拉伸后,会发生形变。
如果形变是能恢复的,称为弹性形变,比如橡皮筋、弹簧等;
如果形变不能恢复,称为塑性形变或者范性形变,比如橡皮泥或者沙坑。
对于弹性形变的物体来说,被压迫或拉伸都会激起它的反抗,它会产生一个和压迫或者拉伸它的力大小相等的反方向的力,抵消那个力对它的影响,这个力我们称之为弹力。
对于塑性形变的物体,一压迫或拉伸就随遇而安了,在哪里跌倒就在哪里躺下,不会产生弹力,我们现阶段一般不关心这种形变的作用。
弹性形变和塑性形变之间不是界限分明的,弹性形变只有形变在一定范围内才会变回去,如果形变过大,可能会造成不可逆的影响,也会变成塑性形变。这个形变最大值我们称之为弹性限度。
有些物体产生的形变很明显,比如弹簧、橡皮筋、弓箭等,这种明显形变的物体产生的弹力的方向和大小都比较容易处理,我们后面再讨论。
而那种发生了形变,但是肉眼无法看出来的情况,弹力的大小和方向都需要用其他条件来判断。
二、微小形变产生的弹力
微小形变产生的弹力可大可小,无法根据形变大小来判断,只能用其他方法计算,在受力分析章节中再详细介绍。下面我们主要探究这类弹力的方向。
另外,高中阶段我们为了简化研究,一般研究轻物体的弹力,即忽略这些物体重力的影响。如轻杆、轻绳、轻环、轻杆等。
1、接触面类型的弹力
这种类型的弹力产生于两物体正面的接触和挤压,形变的方向在挤压方向上,故产生的弹力垂直于接触面。
我们要找出弹力的方向,首先就得找到接触面,然后过接触点做接触面的垂线并将力指向受力物体。
2、不可伸缩绳子的张力
不可伸缩绳子的弹力也叫张力,是绳子受到拉伸绷直后产生的微小形变所产生的,通常用字母来表示。
张力的方向沿绳收缩的方向。
我们将轻绳切割成无数小段,这些切割的微元就像人手牵手一样连接在一起。
当绳子一端受拉力,这个力会通过中间无数微元的传递到另一端。因为绳子是轻绳,我们忽略质量影响,则在每一段传递的张力大小都是相等的。
由此可以得出一个结论:同一条轻绳上的张力处处相等。
对于用死结连接起来的绳子,不能看成同一段绳子,两段绳子上的拉力可能不相等。
3、杆的弹力
此处我们主要说的是轻杆的两端产生的弹力。
铰接的杆因为可以转动,只能沿杆方向对它施加力,它产生的弹力也只能沿着杆方向;
固定的杆可以沿任意方向给它施加力,产生的弹力也可以沿任何方向。
三、弹力有无的判断
弹力的产生需要形变,有些物体虽然看似接触,但是有没有发生形变看不出来。我们无法通过是否发生形变来判断是否有弹力。需要用其他方法。
弹力的产生具有一种被动的性质,他是被压迫或拉伸后产生的,目的是为了反抗改变。
要判断有没有弹力,可以通过假设物体没有或者有弹力,看会不会改变物体的运动状态。
例1:下列对图中弹力有无的判断,正确的是( )
解析:
A:假设车厢左壁对小球有弹力,则小球会相对车箱向右运动,不符合相对静止的情况,此弹力不该有;
B:假设没有绳子,球会沿斜面滚下,说明绳子必须给球提供一个弹力;
C:假设没有a绳,球会摆荡,说明a绳上一定有弹力;假设没有b绳,a绳也可以让球保持静止;假设B绳有弹力,则重力、、三个力无法保持平衡,b绳上不能有弹力。
D:假设没有倾斜面,小球仍能保持静止;假设倾斜面给小球一个弹力,则小球无法静止,说明倾斜面不应该对球有弹力。
A.小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀速直线运动,则车厢左壁对小球有弹力 |
B.小球被轻绳斜拉着静止在光滑的斜面上,则绳对小球有弹力 |
C.小球被a、b两轻绳悬挂而静止,其中a绳处于竖直方向,则b绳对小球有拉力 |
D.小球静止在光滑的三角槽中,三角槽底面水平,倾斜面对球有弹力 |