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如图所示,两根直木棍AB和CD相互平行,固定在同一个水平面上,一个圆柱形工件P架在两木棍之间,在水平向右的推力F的作用下,恰好能向右匀速运动。若保持两木棍在同一水平面内,但将它们间的距离稍微增大一些后

如图所示,两根直木棍AB和CD相互平行,固定在同一个水平面上,一个圆柱形工件P架在两木棍之间,在水平向右的推力F的作用下,恰好能向右匀速运动。若保持两木棍在同一水平面内,但将它们间的距离稍微增大一些后固定.将该圆柱形工件P架在两木棍之间,用同样的水平推力F向右推该工件,则下列说法中正确的是: A.该工件仍可能向右匀速运动 B.该工件P可能向右加速运动 C.A或B棍受到的摩擦力一定等于F/2 D.A或B棍受到的摩擦力一定大于F/2

好,我们先仔细分析题意。


1. 原状态的平衡分析

原状态:
两平行直木棍 AB 和 CD 在同一水平面上,工件 P(圆柱)架在它们之间,在水平推力 FF 作用下匀速运动。

工件 P 在水平方向受两个力:推力 FF(向右),以及两个棍子的摩擦力 fA,fBf_A, f_B(向左,假设两根棍对称,每根棍提供摩擦力 ff),由于工件是圆柱且两棍对称,水平方向平衡:

F=2ff=F2.F = 2f \quad\Rightarrow\quad f = \frac{F}{2}.

竖直方向:重力 mgmg 向下,被两根棍的弹力 NN 支持,对称。

2Ncosθ=mg2N \cos\theta = mg

其中 θ\theta 是木棍对工件的支持力与竖直方向的夹角?得仔细画一下。


正确几何分析(画草图描述):
两棍水平平行,工件横放在它们上面,接触点在棍的上侧,一个在左侧(A棍)、一个在右侧(B棍)?不,应是工件左右两侧各接触一根棍,因为木棍是固定的水平平行于平面,从横截面看:两根木棍是平行于平面的,所以俯视图是并排的两条直线。
题中“两根直木棍 AB 和 CD 相互平行,固定在同一个水平面上”就是它们在水平面上并排放着,它们之间距离固定,工件横架在两棍之间,意味着工件横跨两棍,截面图:

两棍的横截面是两个圆点(半径忽略),上面放一个圆柱形工件,它的轴线垂直于纸面,它的底部圆周与两个棍点接触。受力如图:

俯视图:工件轴线垂直于纸面,两棍平行于 y 轴,工件在 x 方向运动。

横截面(正面看):两棍圆心在水平面上,相距 LL,圆心都在同一水平面。工件截面是圆,放在它们上面。

那么接触点怎么定?因为两棍在同一水平面,工件放在上面,重力作用,会在两棍的内侧上侧接触——工件在它们之间,由对称,两棍对工件支持力方向是沿着接触点法线方向,水平截面看:棍是水平的圆(但想象直径远小于工件),工件压在它上面,支持力指向工件圆心。

因此,在横截面(垂直于工件轴线)中,两根棍(其实截面是圆点)与工件的圆(截面圆)接触,两棍中心在水平面上,设它们的圆心 CA,CBC_A, C_B 距离 2a(a 为半间距),竖直方向高度一样。
工件圆心 OO 在它们上方,圆半径 R,棍的圆半径忽略不计(点接触)。接触点的法线方向是由棍点指向工件圆心 O。


设工件圆心高度为 h(水平面上 h > 0),两根棍对称于过 O 的竖直线。
在横截面中:
CAC_A 在左,CBC_B 在右,CAO=CBO=RC_AO = C_BO = R(因为接触点就是棍与工件外表面切点,距离圆心 R),CAC_ACBC_B 的水平距离为 2a2a,竖直高度 0。O 的坐标 (0,h)(0,h)

则从 CA=(a,0)C_A = (-a, 0)O=(0,h)O = (0,h) 的距离:

R=a2+h2.R = \sqrt{a^2 + h^2}.












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