有一根弹簧秤,左边受到F=20N的力,右边受到F=30N的力,求弹簧秤的示数?
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/11/17 21:42:11
有一根弹簧秤,左边受到F=20N的力,右边受到F=30N的力,求弹簧秤的示数?
有一根弹簧秤,左边受到F=20N的力,右边受到F=30N的力,求弹簧秤的示数?
有一根弹簧秤,左边受到F=20N的力,右边受到F=30N的力,求弹簧秤的示数?
20N,同时匀加速向右运动,合力为10N.
受力分析,收两个力,向左的力20,向右的力30,合力是10向右.这个力是产生加速度的力.你可以想拉一个弹簧秤,加入读数是20,则你的拉力是20,但是还有一个力要拉住弹簧秤不动,根据受力平衡这个保持不动的力也是20.
如果你是初中生记住这个结论就行了,高中你自然就明白了.如果你是高中生请继续看.
弹簧秤视数是由于弹簧形变而产生的,而他产生形变必然有两个力,一个是固定住它的力,还有一个令它产生形变的力.你可以把固定的力看做20,又受一个外力向右30,此时若视数是10,则他两边的力都是10,而左边力只有20.可以理解为弹簧秤视数是两边力将它拉开的,即使弹簧形变两边的力应该相同,只能是20N另外10只能作为加速的来源.
弹簧秤是这样工作的,比如说你把弹簧秤挂在墙上,弹簧秤的钩子挂东西,而墙壁提供拉力保持力的平衡。比如说东西20N,墙壁也提供20N的拉力。东西多重,弹簧下降一定程度显示示数。现在你可以假设你把弹簧秤挂墙上,如果钩子挂着20N的重物,而墙壁本应该提供20N拉力来平衡,却提供了30N拉力往上拉,这就使得重物20N的力不够把弹簧下拉到示数20N的位置。
然而两个力是在同一条直线上的,并且反向,所以...
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弹簧秤是这样工作的,比如说你把弹簧秤挂在墙上,弹簧秤的钩子挂东西,而墙壁提供拉力保持力的平衡。比如说东西20N,墙壁也提供20N的拉力。东西多重,弹簧下降一定程度显示示数。现在你可以假设你把弹簧秤挂墙上,如果钩子挂着20N的重物,而墙壁本应该提供20N拉力来平衡,却提供了30N拉力往上拉,这就使得重物20N的力不够把弹簧下拉到示数20N的位置。
然而两个力是在同一条直线上的,并且反向,所以合力就是两个力的矢量和。30-20=10N,弹簧秤示数10N。
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10N和20N都不对。事实上,这道题没有唯一解。 下面解释。在此,我们假设弹簧秤的弹簧是轻质弹簧,即弹簧质量为0。否则,假设弹簧有质量,这题就太复杂了。 这里我们先说一下弹簧,轻质弹簧有一个重要性质,即弹簧内的弹力处处相等。(至于为什么你自己想)这一点保证了他的左边受到的拉力与右边收到的拉力大小相等。请记住这个结论,后面的分析会用到。 这道题我们用牛顿第二定律分析,如果你是初中生,没学牛顿第二定律的话,只能考验下你的自主学习能力了。因为凭感觉是很难说清楚的,而用数学表达式可以很清楚地解释这个问题。 我们把弹簧秤分作三部分来考虑:一是钩子,也就是题中的“左边”,设它的质量为m1;二是称东西时手拿的部分,也就是题中的“右边”,设它的质量为m2;三是弹簧,质量为0。 首先对整体进行受力分析。整体受到两个力:向左的力,设为F1;向右的力,设为F2。整体受到向右的力F2-F1,因此有向右的加速度a。根据牛顿第二定律,列出方程(1): F2-F1=(m1+m2)*a 然后考虑弹簧。前面说了,弹簧左右两边受力大小相等,设大小为T。T也是弹簧秤的示数。 再对钩子进行受力分析。钩子受到两个力:一是向左的F1;二是弹簧给它的向右的拉力,根据牛顿第三定律(作用力与反作用力大小相等方向相反作用在一条直线上),向右的拉力大小为T。于是可以列出方程(2): T-F1=m1*a 上面两个方程中,F1、F2是已知量,m1、m2是我们设的与结果有关的变量,a是我们设的参变量,T是要求的量。我们认为F1、F2、m1、m2已知,这样得到了两个方程和两个未知量(a与T)。消去a,得到T的表达式: T=m1*F2/(m1+m2)+m2*F1/(m1+m2) (可见图片) 注意我们这里假定m1+m2不等于零,否则除法不成立。 可见,T与m1和m2的比值有关,不是一个与m1和m2无关的常数。可以证明,T小于F1和F2中的较大者,而大于F1和F2中的较小者。当且仅当m1=0而m2不等于0时,T=F1;当且仅当m2=0而m1不等于0时,T=F2。 所以,答案为20N的稍微靠点谱,答案为10N的就不靠谱了。 下面考虑m1=m2=0的情况。一般我们在工程上或对数学要求不严格的物理中说的质量为零,只是因为其质量与我们要考虑的另一主体相比很小,以至于可以忽略不计。我们在T的表达式中,令m1趋于零,令m2趋于零,发现T的值仍与m1和m2这两个无穷小的比值有关,这是因为这里只有三个主体,没有质量更大的主体和他们相比较。 严格地考虑数学上的m1=m2=0的情况。这相当于F1和F2直接作用于弹簧两端。根据牛顿第三定律,弹簧弹力等于拉力,于是弹簧左边的弹力与右边的弹力不相等,这与我们前面说的弹簧两端弹力相等矛盾。这说明我们所用到的几个理论和假设(牛顿第二定律、牛顿第三定律、弹簧两段弹力相等、存在质量为零的弹簧秤)至少有一个与其他理论和假设不相容。这个就不细说了,留作思考题。 本来准备说下其他答案的分析错在哪里。不过他们的分析都在说“感觉”,从逻辑上看完全不知所云(所以结果不正确),我就懒得说了。只说一点,他们都提到“受力平衡”,但事实上受力不平衡。即使加上惯性力使之从形式上平衡,惯性力的大小也等于(F2-F1)/(m1+m2),不是凭感觉瞎说的。 写得很多,错误在所难免,望指正。