长期以来,人们凭经验认为力是维持运动的原因,直到三百多年前伽利略通过观察斜面实验推断出“若没有摩擦阻力,球将永远运动下去”,才揭开了力和运动的真实关系,最终由牛顿利用逻辑思维分析事物得出惯性定律,确定了力是改变物体运动状态的原因。至此人类对物体运动的研究就离不开了对力的分析。如何才能正确进行受力分析呢?下面具体分析。
一、遵循规范的受力分析步骤
选择研究对象一按照先场力(包括重力场、电场、磁场)、再弹力、最后摩擦力的顺利将物体所受的性质力都找出来一检查所找的每一个力是否都有施力物体,判断物体的受力情况是否与物体的运动状态相吻合。
二、避免错误的对力的认识
避免错误地理解合力与分力的关系,比如斜面上的物体受到的重力按效果可分解为沿斜面使物体下滑的力(俗称下滑力)和垂直于斜面使物体紧压斜面的力,这两个分力可等效替代重力,但实际并不存在,如果把这两个分力和重力都单独列为物体所受的力,那就重复了;避免错误地认识弹力产生的条件,弹力产生的必要条件是接触且发生形变,二者缺一不可;避免错误地认为摩擦力的方向与物体运动的方向相反而忽略了“相对”二字,注意静摩擦力是一种被动力,其大小会随外力的变化而变化。
三、掌握典型问题的求解方法
例题雪灾天气时,输电线会被厚厚的冰层包裹,使得相邻两个铁塔间的拉力大大增加,导致铁塔被拉倒、压塌,电力设施被严重损毁。当若干相同铁塔等高、等距时,可将之视为如图1所示的结构模型。已知铁塔(左右对称)质量为m,塔高为H,塔基宽度为d;相邻铁塔间输电线的长度为L,其单位长度的质量为m0,输电线顶端的切线与竖直方向成θ角;冰的密度为P,设冰层均匀包裹在输电线上,且冰层的横截面为圆形,其半径为R(输电线的半径可忽略)。
(1)被冰层包裹后,输电线在最高点、最低点所受的拉力大小分别为多少?
(2)若某铁塔一侧的输电线在顶端断裂,该铁塔由于受力不对称,会造成该塔以塔基另一侧与地面的接触点为轴旋转翻倒。已知地面对塔基的最大拉力为F(该力可简化为作用点位于塔基中心、方向竖直向下的拉力),设铁塔包裹冰前后的质量之比与输电线包裹冰前后的质量之比相同,要使铁塔不翻倒,输电线上包裹的冰层半径的最大值R max为多少?