筷子平衡原理图解,天平平衡原理公式及图解

首页 > 车主 > 作者:YD1662023-06-09 23:01:28

为了加深大家对简谐运动的理解,我们再选取一个比较典型的例子,那就是水中的均匀筷子或者水中的均匀树枝等都可以。我们以筷子为例进行说明。

一根质量为m,截面积为s的均匀筷子浮在足够深的宽阔湖面上,平衡时水面下长度为X0,不计水的粘滞阻力,将筷子提高一小段x后放手,筷子在水面上做竖直方向的振动,振动过程中筷子始终没有全部没入水中,请通过计算证明筷子做简谐运动.(已知水的密度为ρ,重力加速度g)

解析:我们再来复习一下简谐运动的特征是F=-kx,式中F是回复力,x是振动物体相对于平衡位置的位移。也就是说,简谐运动中,回复力的大小与物体的位移始终成正比,且方向始终指向平衡位置。因此,我们证明的时候,就必须按照这个思路去做。

我们具体来看,以筷子为研究对象,分析筷子的受力情况,它受到了重力和浮力两个力,其合力提供回复力。当筷子平衡时,有:重力等于浮力,即mg=ρgsx0。提高一小段位移x后,其合力为:F=mg-ρgs(x0-x)即:F=ρgsx,方向竖直向下。若规定正方向竖直向上,可知合力与位移方向相反,且成正比,为回复力。同理,当筷子处于平衡位置靠下的时候,也能得出类似的同样的结论,所以通过计算,我们完全可以知道筷子受到的合力与它偏离平衡位置的位移成正比,且方向始终指向平衡位置。也就是说,完全符合简谐运动的特征。证明完毕。事实上,我们证明的过程,也就是按照简谐运动的定义或者特征去完成。其他物理量也是如此,这个大家可以比照学习。

有了上面的基础,我们可以看一道比较简单的,类似于此的变形题目。

如图所示,

筷子平衡原理图解,天平平衡原理公式及图解(1)

粗细均匀的一根木筷,下端绕几圈铁丝,竖直浮在较大的装有水的杯中。把木筷往上提起一段距离后放手,木筷就在水中做简谐运动。运动过程中木筷受到的合力F、动能随位移x,运动的速度v、位移x随时间t变化的关系图像可能正确的是( )

筷子平衡原理图解,天平平衡原理公式及图解(2)

大家可以根据我们以前所学进行判断,我想应该不难,大家可以自行尝试一下。

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