力矩和力偶課件.ppt

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1、導(dǎo)入新課在生活中,我們常看到有許多物體在力的作用下轉(zhuǎn)動。力可以使物體轉(zhuǎn)動開門的時候,如果用力的方向指向門軸,盡管用的力很大,也是無濟于事。為什么?思考與討論1.3力矩和力偶第一章物體的平衡1.知識與能力了解力矩和力偶的概念2.過程與方法掌握力偶性質(zhì),培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。教學(xué)目標(biāo)掌握力偶性質(zhì)3.情感態(tài)度與價值觀了解物理學(xué)的研究方法力對點之矩、合力矩定理、力偶的概念和力偶的性質(zhì)。理解力偶的性質(zhì)與等效條件。教學(xué)重難點重點難點2﹑力偶1﹑力矩本節(jié)導(dǎo)航1﹑力矩力對物體轉(zhuǎn)動的影響,不僅跟力的大小有關(guān),而且跟力和轉(zhuǎn)動軸

2、之間的距離有關(guān).在離轉(zhuǎn)動軸不遠(yuǎn)的地方推門,用比較大的力才能把門推開;在離轉(zhuǎn)動軸較遠(yuǎn)的地方推門,用比較小的力就能把門推開.用手直接擰螺帽,不易把它擰緊;用扳手來擰,就容易多了.可見力越大,力和轉(zhuǎn)動軸之間的距離越大,力矩對轉(zhuǎn)動的影響就越大。力和轉(zhuǎn)動軸之間的距離,即從轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的距離,叫做力臂。例如,用扳子擰緊螺母時,加在A點的力為F,從轉(zhuǎn)動軸O到力F的作用一的距離為OB,OB就是F的力臂.改變物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的兩個要素是力和力臂.在物理學(xué)中,把力和力臂的乘積叫做力矩(momentofforce).如果M表示力矩,則

3、有M=F×L力對物體轉(zhuǎn)動的影響取決于力矩的大小,力矩越大,力對物體的轉(zhuǎn)動作用越大.力為零,力矩也為零,顯然不會使原來靜止的物體發(fā)生轉(zhuǎn)動.思考與討論1.力不為零,如果力矩為零,力矩同樣為零,這個力也不會使原來靜止的物體發(fā)生轉(zhuǎn)動,你能舉出幾個實例嗎?2.一個力的作用點轉(zhuǎn)動軸的距離一定,什么情況下這個力的力臂最大?什么情況下這個力的力臂為零?力矩的單位是由力和力臂的單位決定的.在國際單位制中,力矩的單位是牛米,符號是N·m.功的單位是焦,也等于牛米.力矩的單位雖然是牛米,但是不能稱為焦!注意力矩可以使原來靜止的物體向不同

4、的方向轉(zhuǎn)動.例如,順時針轉(zhuǎn)動螺母時,螺母向前,逆時針轉(zhuǎn)動螺母時,螺母向后.可見,討論力矩時,只說明力矩的大小是不夠的,還必須說明力矩是順時針還是逆時針的.F1F2AOBL1L2圖中,力F1的力矩M1具有使杠桿向逆時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢,力F2的力矩M2則具有使杠桿向順時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢.如果這兩個力矩的大小相等,杠桿將保持平衡,這就是我們在初中學(xué)過的杠桿平衡條件.2﹑力偶在日常生活和工程實際中經(jīng)常見到物體受動兩個大小相等、方向相反,但不在同一直線上的兩個平行力作用的情況。例如(圖c)以及用兩個手指擰動水龍頭所加的力等等

5、。(圖a)司機轉(zhuǎn)動駕駛汽車時兩手作用在方向盤上的力;(圖b)工人用絲錐攻螺紋時兩手加在扳手上的力;力學(xué)上把這種大小相等,方向相反,不共線的兩個平行力組成的系統(tǒng),叫做力偶(couple).力偶兩個力的作用線間的距離d叫力偶臂.由實踐可知,組成力偶的力越大,或力偶臂越大,則力偶使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的效應(yīng)越強;反之,就越弱.這說明力偶的轉(zhuǎn)動效應(yīng)不僅與兩個力的大小有關(guān),而且還與力偶臂的大小有關(guān).因此,我們用力偶中的一個力F與力偶臂d的乘積F×d來度量力偶對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng),稱為力偶矩(momentofcouple),用符號M表示,

6、即M=F×d力偶對物體的作用效應(yīng)與力對物體的作用效應(yīng)是不同的.原來靜止的物體在一個力的作用下可以發(fā)生平動,也可以既平動又繞某一軸轉(zhuǎn)動;但一個力偶卻只能使原來靜止的物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,而不產(chǎn)生平動.力和力偶是靜力學(xué)中兩個基本要素。力偶與力具有不同的性質(zhì):(1)力偶不能簡化為一個力,即力偶不能用一個力等效替代。因此力偶不能與一個力平衡,力偶只能與力偶平衡。(2)無合力,故不能與一個力等效;(3)力偶對其作在平面內(nèi)任一點的矩恒等于力偶矩,與矩心位置無關(guān)。力偶的性質(zhì)在同一平面內(nèi)的兩個力偶,只要兩力偶的力偶矩的代數(shù)值相等,則這兩個

7、力偶相等。這就是平面力偶的等效條件。根據(jù)力偶的等效性,可得出下面兩個推論:推論1力偶可在其作用面內(nèi)任意移動和轉(zhuǎn)動,而不會改變它對物體的效應(yīng)。推論2只要保持力偶矩不變,可同時改變力偶中力的大小和力偶臂的長度,而不會改變它對物體的作用效應(yīng)。結(jié)論:力偶的作用效果取決于三個因素:構(gòu)成力偶的力、力偶臂的大小、力偶的轉(zhuǎn)向。故在平面問題中用一帶箭頭的弧線來表示如圖所求,其中箭頭表示力偶的轉(zhuǎn)向,m表示力偶矩的大小m表示。例:如圖所示,電動機軸通過聯(lián)軸器與工作軸相連,聯(lián)軸器上4個螺栓A、B、C、D的孔心均勻地分布在同一圓周上,此圓的

8、直徑d=150mm,電動機軸傳給聯(lián)軸器的力偶矩m=2.5kN?m,試求每個螺栓所受的力為多少?解取聯(lián)軸器為研究對象,作用于聯(lián)軸器上的力有電動機傳給聯(lián)軸器的力偶,每個螺栓的反力,受力圖如圖所示。即F1=F2=F3=F4=F則組成兩個力偶并與電動機傳給聯(lián)軸器的力偶平衡設(shè)4個螺栓的受力均勻.由Σm=0,m-F×AC-F×d=0解得動畫:力矩和力偶廣角鏡“神五”渾身

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