AP物理1:扭矩

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例子问题

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问题1:转矩

连接山地车主车架和后车架的螺栓需要的扭矩为收紧。如果你有能力申请的话在给定方向上对扳手施加的力,能产生所需扭矩的扳手的最小长度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

扳手的最小长度将假定在角度施加最大力.因此,我们可以使用转矩的简化表达式:

在这里,是扳手的长度。

重新排列长度并插入值,得到:

问题2:转矩

将一根长50cm、质量0.2kg的均匀杆放置在距杆左端40cm的支点上。在距离杆左端多远的地方挂一个0.6公斤的重物以保持杆的平衡?

可能的答案:

这根杆不能与这个质量保持平衡

50厘米

42厘米

48厘米

45厘米

正确答案:

45厘米

解释

绕轴心点的逆时针和顺时针扭矩必须相等,才能使杆保持平衡。以支点为枢轴点,逆时针方向的扭矩是由于杆的重量,向下作用在杆中心的重力。如果我们用支点作为参照物,那么杆的中心离参照物是15cm。

设这个等于顺时针力矩由于额外的质量,到枢轴右边的距离r。

解r得到r =轴心向右0.05m,所以距离杆左端40 + 5cm。

问题3:转矩

一个2kg的物体悬挂在一根绳子上,绳子缠绕在一个无摩擦滑轮上,滑轮连接在天花板上,质量为0.01kg,半径为0.25m。绳子的另一端系在无质量的悬浮平台上,平台上可放置0.5kg的重物。当系统最初处于平衡状态时,随后将绳索切断到重量以上,随后通过拉动绳索将平台抬起。

Screen_shot_2013-10-09_at_10.32.21_pm

当系统不动时,滑轮上的扭矩是多少?

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

滑轮上的净扭矩为零。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是相等的)并且整个绳子上的张力是相等的(意味着F是相等的),我们知道逆时针方向的力矩抵消了顺时针方向的力矩,因此,合力矩为零。

在下图中,T1(由于平台有4个0.5kg的重量)= T2(2kg的质量)。

Screen_shot_2013-10-09_at_10.35.51_pm

问题1:转矩

两个学生在10米高的跷跷板上保持平衡。跷跷板的设计使每边都长5米。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。假设制作跷跷板的板是无质量的。

如果右边的学生想让跷跷板与地面保持平行,他离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.因为两个学生都会施加一个垂直于跷跷板长度的向下的力,.在我们的例子中,力是重力,如下所示,和是到跷跷板中心的距离。

因为为了使跷跷板保持平行(不移动),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。

问题5:转矩

两个学生在10米高的跷跷板上保持平衡。跷跷板的设计使每边都长5米。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。假设制作跷跷板的板是无质量的。

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了一米。

另外两名学生上了跷跷板,每人重45公斤。他们都坐在跷跷板的两端,距离中心5米远。

另一个学生完美地站在跷跷板的中央。

较重的学生向前移动1米,而较轻的学生向前移动1.33米。

正确答案:

两个学生都向中心移动了一米。

解释

在这种情况下,扭矩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,会对跷跷板产生非零力矩。这是因为较重的学生的力和距离的比例将导致更小的扭矩在他的一边比较轻的学生。

问题1:转矩

一根3米长、重量可忽略不计的梁,在距其左端1米远的地方有一个支点,使其处于平衡状态。如果在它的右端施加50N的力,那么左端需要施加多大的力?

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状态是从支点到力矢量上一点的距离。为了达到平衡,我们的扭矩必须相等。

因为力垂直于梁,就1。支点到左端的距离为1m,到右端的距离为2m。

因为50N的力离支点的距离是施加在左边的力的两倍,所以它的强度必须是施加在左边的力的一半。可以发现左边的力是100N。

问题1:转矩

跷跷板的一边有一个距离支点4米的质量距离支点2米的质量。为了平衡跷跷板,什么物体应该放在离支点9米远的前两个物体对面?

可能的答案:

正确答案:

解释

要使跷跷板平衡,系统必须处于旋转平衡状态。为了使这个发生,两边的扭矩是相等的。

两边的总扭矩必须相等才能使净扭矩为零。

把扭矩公式代入这个方程。

现在我们可以用给定的值来解缺失的质量。

重力加速度抵消了每一项。

问题1:转矩

两个物体悬挂在一根无质量的米尺下面。质量1位于10cm处,重量为15kg,而质量2位于60cm处,重量为30kg。在两个物体之间的哪一点必须系上绳子以使系统保持平衡?

可能的答案:

正确答案:

解释

这个问题涉及扭矩和平衡。注意到弦在两个质量点之间我们可以用的扭矩方程.我们可以用这个方程求力矩。因为力垂直于距离,我们可以用这个方程(sin90)o是1)。在这种情况下,力是重力,因此F=mg,使用变量x作为字符串的位置,我们可以找到r。

X =43,因此绳子被放置在43cm标记处。

问题2

问题9:转矩

科学博物馆的一个景点帮助学生们了解扭矩的力量。有一个长金属梁,有一个支点。栏杆的一端挂着一辆完整的轿车,另一端是一根绳子,学生们可以拉下绳子,让汽车离开地面。

梁长40米,轴心距一端5米。一辆重500公斤的汽车挂在梁的短端。忽略梁的质量,一个学生的最小质量是多少,他可以挂在绳子上,并开始把汽车抬离地面?

可能的答案:

需要更多的信息来回答这个问题

正确答案:

解释

我们试着找出需要给绳子施加多大的力才能使横梁上的净扭矩为零。

汽车施加的扭矩:

我们可以用它来求出一个学生的质量,当他被吊在绳子上时,他会产生相同的扭矩:

问题1:转矩

有一个重量在跷跷板中心的左边。鲍勃应该坐在离跷跷板右边中心多远的地方才能使跷跷板保持平衡?

鲍勃的质量是

可能的答案:

正确答案:

解释

扭矩定义为.在这种情况下,是零,因为鲍勃和重物都在跷跷板的正上方;它们所有的重量都直接向下投射。因此,砝码施加的扭矩为:

为了使跷跷板平衡,鲍勃施加的扭矩必须等于

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