试试你的力气
把5千克的重物举高1米,对你来说是不成问题的。但下面的一个实验,会使你觉得你的力气远不足以拉起这个重物。
取长绳、秤砣和尺作为实验器材。
(1)将长绳一端系在水泥柱(或木杆)上,绳子中央系一个秤砣,拉住绳的另一端,逐渐用力拉绳使秤砣两边绳子的张角变大,你手上有何感觉?
(2)继续拉绳,尽可能使绳的张角变大,此后即使要你将秤砣升高10厘米(如图1.14-1),你也会感到很费力,难道你的力气真的变小了吗?
(二)一指断铁丝
上面实验中,你感到自己的力气很小,可在下面的情况里,你又会觉得你的力气很大。如图1.14-2所示,让大人紧紧拉住绳子的一端,你只要在绳子中点附近,横向施力,你会觉得不费吹灰之力就能把大人拉动。从下面的实验还可以看到,用一个手指头就能使铁丝断裂。
取两根长约15厘米的硬木条,中间用铰链连接,做成人字形支架。再取两块硬木,加工成“L”形(参看图1.14-3),弯处钉上铁皮,下面装有小窗钩,另备一根细铁丝 。
实验时,把铁丝的两端分别拴在两个小木块的铁钩上,使放在木块铁皮上的人字形支架张角在160°以上。用一只手指在人字形木条的铰链处用力往下一按,铁丝即被拉断。
请做这个实验,并作图解释一指断铁丝的原因。你能把这个知识用于生活或生产中吗?
(三)验证力的平行四边形定则
上面的现象告诉我们,力的加减并不是在任何情况下都符合代数的加减法。当两个力之间有一夹角时,遵循平行四边形定则。下面的实验,可以使你得到大致验证。
取约20厘米长的橡皮筋一根,将其一端打一个结用图钉钉在贴有纸的墙面上(或竖立的木板,如门板上)。用手提住橡皮筋的另一端,使它与图钉靠拢,再用直尺量出橡皮筋对折后的长度l0。把小锁锁在对折后的橡皮筋的下端(见图1.14-4),测出每边橡皮筋的长度l,若我们以橡皮筋伸长单位长度所受的拉力为力的一个单位,那么锁所受的重力就等于2(L-L0)单位。以后,我们把橡皮筋的悬挂端逐渐分开,在两边的夹角为30°、60°、90°、120°时,分别测出每边橡皮筋的长度。把所测的数据填入下表:
无拉力时橡皮筋的原长L0=_____厘米
夹角 |
每边橡皮筋长度L(cm) |
每边伸长L-L0)(cm) |
每边橡皮筋拉力(单位) |
锁受的重力(单位) |
0° |
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30° |
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60° |
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90° |
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120° |
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由于我们规定以橡皮筋伸长1厘米所需的拉力为力的单位,则橡皮筋伸长(L-L0)所需的拉力在数值上就等于L-L0。
在得到上述数据后,我们就可以通过作图来验证力的平行四边形定则。沿着两边橡皮筋被拉伸的方向分别作30°、60°、90°、120°的角,以对应的伸长(L-L0)为邻边长作平行四边形,看看它们的对角线的长度是否等于2(L1-L0)。
如果使橡皮筋两边的夹角越来越大,则可以看到它们的伸长显著增大,说明分力可以大于合力。在夹角很大的情况下,你会发现用橡皮筋伸长值作为边长所作的平行四边形其对角线长的误差已经很大。你能解释误差大的原因吗?
选自:《高中物理课外实验》相关文章:
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