MCAT物理:扭矩

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例子问题

例子问题2:转矩

将一根长50cm、质量0.2kg的均匀棒放置在距棒左端40cm处的支点上。在距离杆子左端多远的地方应该悬挂一个0.6kg的重物来平衡杆子?

可能的答案:

这根杆子不能与这个物体平衡

50厘米

42厘米

48厘米

45厘米

正确答案:

45厘米

解释

围绕枢轴点的逆时针力矩和顺时针力矩必须相等,以使杆保持平衡。以支点为枢轴点,逆时针转矩是由于杆的重量,重力向下作用于杆的中心。如果我们使用枢轴作为基准,那么杆的中心距离基准为15cm。

设它等于由附加质量产生的顺时针力矩,离枢轴右r的距离。

求解r,得到r =轴右0.05m,即距离杆左端40 + 5 cm。

例子问题3:转矩

一个2公斤重的物体悬挂在一根绳子上,绳子缠绕着一个无摩擦滑轮,滑轮连接在天花板上,滑轮的质量为0.01公斤,半径为0.25米。绳子的另一端连接到一个无质量的悬浮平台上,上面可以放置0.5kg的重物。当系统最初处于平衡状态时,随后将绳子切断到重物上方,然后通过拉动绳子将平台抬升。

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当系统静止时,滑轮上的力矩是多少?

可能的答案:

19.6 n * m

9.8 n * m

0 n * m

10 n * m

正确答案:

0 n * m

解释

滑轮上的合力是零。记住,,假设力垂直于半径。因为在这个问题中滑轮是对称的(意味着r是相同的),并且整个绳子的张力是相同的(意味着F是相同的),我们知道逆时针的扭矩抵消了顺时针的扭矩,因此,合扭矩为零。

在下图中,T1(由于平台有4个0.5kg的重量)= T2(2kg质量)。

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例子问题1:转矩

两个学生在一个10米长的跷跷板上保持平衡。跷跷板设计为每边5m长。左边的学生体重60公斤,站在离中心3米远的地方。右边的学生体重45公斤。跷跷板与地面平行。假设做跷跷板的木板是无质量的。

如果右边的学生想让跷跷板保持与地面平行,那么他们到跷跷板中心的距离应该是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

扭矩由方程定义.由于两个学生都会施加垂直于跷跷板长度的向下力,.在我们的例子中,力是重力,如下所示,和就是到跷跷板中心的距离。

因为为了让跷跷板保持平行(而不是移动),扭矩必须为零,右边较轻的学生必须使他在右边的扭矩等于左边学生的扭矩。我们可以通过使它们的力矩相等来确定所需的距离。

例5:转矩

两个学生在一个10米长的跷跷板上保持平衡。跷跷板设计为每边5m长。左边的学生体重60公斤,站在离中心3米远的地方。右边的学生体重45公斤。跷跷板与地面平行。假设做跷跷板的木板是无质量的。

想象这两个学生坐在跷跷板上,所以力矩是.以下哪项改变会改变跷跷板的扭矩?

可能的答案:

两个学生都向中心移动一米。

又有两个学生上了跷跷板,每人重45公斤。他们分别坐在跷跷板的两端,离中心5米远。

另一个学生完美地站在跷跷板的中央。

体重较重的同学向前移动了1米,体重较轻的同学向前移动了1.33米。

正确答案:

两个学生都向中心移动一米。

解释

扭矩,在这种情况下,取决于学生施加的力以及他们到旋转点的距离。结果,两个学生向前移动一米,跷跷板就会产生一个非零力矩。这是因为较重的学生的力和距离的比例会导致他一侧的扭矩小于较轻的学生。

例子问题2:转矩

一根3米高、重量可忽略不计的横梁,在距离其左端1米远的地方有一个支点,使其保持平衡。如果对它的右端施加50N的力,左端需要施加多少力?

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个涉及扭矩的旋转平衡的例子。扭矩的公式是,在那里力矢量与物体的夹角是否处于平衡是从支点到力向量的点的距离。为了达到平衡,我们的力矩必须相等。

由于力是垂直于梁的,就1。支点距左端为1m,距右端为2m。

由于50N的力距离支点的距离是必须施加在左侧的力的两倍,所以它必须是左侧力的一半。左边的力为100N。

例子问题1:转矩

跷跷板的一边有一个距离支点四米的质量距离支点两米的质量。为了平衡跷跷板,在离支点9米远的前两个物体的对面,应该放置什么物体?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了使跷跷板保持平衡,系统必须处于旋转平衡状态。为了使这个发生,两边的力矩是相等的。

为了使净扭矩为零,总扭矩必须在两边相等。

把转矩公式代入这个方程。

现在我们可以用给定的值来解出缺失的质量。

重力的加速度每一项都消掉了。

例子问题1:转矩

两个质量悬挂在无质量米尺下。质量1位于10cm处,体重15kg,质量2位于60cm处,体重30kg。为了平衡系统,弦必须在两个质量之间的哪一点上?

可能的答案:

正确答案:

解释

这个问题是关于扭矩和平衡的。注意到弦在两个质量之间,我们可以用的力矩方程.我们可以用这个方程求力矩。由于力垂直于距离,我们可以用这个方程(正弦90o在这种情况下,力是重力,因此F=mg,使用变量x作为弦的位置,我们可以找到r。

X =43,因此字符串被放置在43cm标记处。

问题2

例子问题1:转矩

一个2公斤重的物体悬挂在一根绳子上,绳子缠绕在一个无摩擦的滑轮上。滑轮附着在天花板上,质量为0.01kg,半径为0.25m。绳子的另一端连接到一个无质量的悬浮平台上,上面可以放置0.5kg的重物。当系统最初处于平衡状态时,随后将绳子切断到重物上方,然后通过拉动绳子将平台抬升。

Screen_shot_2013-10-09_at_10.32.21_pm

绳子刚超过2公斤,平台就开始下降。绳子还缠在滑轮上。绕着滑轮的力矩是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

当绳子在2kg质量的上方被切断时,滑轮现在有逆时针方向的净扭矩,因为有质量的平台仍然连接着缠绕在滑轮上的绳子。知道,我们可以通过知道滑轮上的力(F)是由于平台的张力(T)来确定扭矩。拉力为19.6N(等于重量),已知滑轮半径为0.25m,可解出扭矩。

例子问题1:转矩

当θ是力F绕转轴作用的角度时,下面哪个是力矩τ的正确表达式?

  1. τ = F cos θ
  2. τ = F sin θ
  3. τ = F tan θ
  4. τ = F cotan θ
  5. τ = F sec θ
可能的答案:

5

1

4

3.

2

正确答案:

2

解释

选项2是正确的。想象一下换轮胎,为了产生最大的力,你把力施加在尽可能垂直的熨斗上。

因为正弦90度等于1,那么你应用的是你可以根据方程τ = F sin θ产生的最大扭矩。

问题9:转矩

科学博物馆的一个景点可以帮助学生了解扭矩的力量。有一个长金属梁,它有一个枢轴点。吧台的一端挂着一辆轿厢,另一端是一根绳子,学生们可以拉下绳子,把轿厢拉离地面。

横梁长40米,支点距离一端5米。一辆质量500公斤的汽车悬挂在横梁的短端。忽略梁的质量,能吊在绳子上并开始使汽车离开地面的学生的最小质量是多少?

可能的答案:

需要更多的信息才能回答这个问题

正确答案:

解释

我们试图找出需要施加在绳子上的力是多少才能使梁上的合力为零。

汽车施加的扭矩:

我们可以用它来求出学生的质量,当他挂在绳子上时,会产生相同的扭矩:

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