研究有固定转动轴物体的平衡条件

【目的和要求】

　　通过实验研究有固定转动轴的物体在外力作用下平衡的条件，进一步明确力矩的概念。

【仪器和器材】

　　力矩盘（J2124型），方座支架（J1102型），钩码（J2106M）。杠杆（J2119型），测力计（J2104型），三角板，大头针若干。

【实验方法】

　　1．将力矩盘和一横杆安装在支架上，使盘可绕水平轴自由灵活地转动，调节盘面使其在竖直平面内。在盘面上贴一张白纸。

　　2．取四根大头针，将四根细线固定在盘面上，固定的位置可任意选定，但相互间距离不可取得太小。

　　3．在三根细绳的末端挂上不同质量的钩码，第四根细绳挂上测力计，测力计的另一端挂在横杆上，使它对盘的拉力斜向上方（图2．6－1）。持力矩盘静止后，在白纸上标出各悬线的悬点（即大头针的位置）和悬线的方向，即作用在力矩盘上各力的作用点和方向。标出力矩盘轴心的位置。

　　4．取下白纸，量出各力的力臂L的长度，将各力的大小F与对应的力臂值记在下面表格内（填写时应注明力矩M的正、负号，顺时针方向的力矩为负，反时针方向的力矩为正）。

　　5．改变各力的作用点和大小，重复以上的实验。

【注意事项】

　　1．实验时不应使力矩盘向后仰，否则悬线要与盘的下边沿发生摩擦，增大实验误差。为使力矩盘能灵活转动，必要时可在轴上加少许润滑油。

　　2．测力计的拉力不能向下，否则将会由于测力计本身所受的重力而产生误差。测力计如果处于水平，弹簧和秤壳之间的摩擦也会影响结果。

　　3．有的力矩盘上画有一组同心圆，须注意只有受力方向与悬点所在的圆周相切时，圆半径才等于力臂的大小。一般情况下，力臂只能通过从转轴到力的作用线的垂直距离来测量。

【思考题】

　　1．力矩盘的重心如果不在转轴上，对实验将产生什么影响？怎样检查力矩盘的重心是否在其中心？

　　提示：安装力矩盘时，检查它在不挂砝码的情况下，能否在任意位置保持静止。

　　2．如果一个力矩盘的重心不在其中心，你有什么办法可以解决这个问题从而做好实验？

　　3．图2．6－2是研究有固定转动轴物体的平衡条件的四种实验方案，请进行比较，哪一种为最佳的选择？

　　（提示：第丙种最好。甲中测力计的拉力与一个钩码所受的重力在一条直线上，是一种特例；乙中测力计水平，摩擦力过大不易测准；丁中拉力和一个钩码所受的重力均过轴心，对盘的转动不起作用。）