扁担上的学问

来源 :初中生世界·初二物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackwang02
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  扁担是生活中常用的一种搬运工具,同学们应该很熟悉,有的同学可能还使用过.可你是否知道小小的扁担在使用时还蕴含着许多科学道理呢?
  1.扁担为什么做成扁的?这个问题可以用压强知识来解释.扁形的扁担与肩膀的接触面积较大,从而减小了扁担对肩膀的压强,使用时人感到舒服.
  2.我们知道扁担属于杠杆,如何合理地使用扁担与扁担放在肩膀上的位置有关.
  例1一根扁担长2m,两端分别挂有重300N和200N的重物.要保持扁担水平平衡,肩应在离重200N的货物多远的地方?
  解设肩距重200N的货物xm远,根据杠杆平衡条件得:
  300(2-x)=200x
  解得x=1.2m
  所以肩应在离重200N的货物1.2m的地方.
  3.使用扁担挑东西能不能省力?大部分学生回答是:能省力.
  分析方法一:根据力的合成和力的平衡可知,用扁担挑东西时,肩对扁担的力是竖直向上的,而扁担两端所受的力是竖直向下的,当扁担平衡时,这三个力相互平衡,这样肩对扁担的力就等于扁担两端所受的拉力.即肩所受力的大小始终等于所挑的两个物体的重力之和(忽略扁担的自重),所以使用扁担挑东西不省力.
  方法二:利用杠杆的平衡条件来解释,如下图所示,AB为扁担,O点为肩的受力点,所受力用F表示,A、B两端分别挂质量为M1、M2的两物体.当扁担平衡时:
  
  若选A为支点,则有F·l2=M1g·l(1)
  若选B为支点,则有F·l1=M2g·l (2)
  将(1)、(2)两式相加,则有F·(l1+l2)
  =(M1g+M2g)·l,又因l=l1+l2,所以可得F
  =M1g+M2g,可见使用扁担并不省力.
  4.使用扁担抬货物时,力气大小不同的人应该怎样协调?
  例2如图所示,大李和小李用一根均匀的扁担抬重为800N的物体,大李为了减轻小李的负担,请你帮他提出一种合理的做法;假如木棒长1m,小李的肩头距离重物挂点O的距离为0.6m,则小李肩头和大李肩头承受的力分别是多大?(不计扁担的重)
  
  解析根据杠杆的平衡条件可知:将重物的悬挂点O移近大李或大李的肩膀前移.
  以小李作为支点时,由杠杆平衡条件可求出大李肩膀受到的力F1×1=800×0.6,解得大李肩膀的受力F1=480N.同理,以大李为支点,可求出小李肩膀的受力F2=320N.
  5.使用扁担挑东西时,人一定做功吗?
  分析根据功的两个必要因素进行判断:若挑着东西在水平方向移动或挑着东西原地不动,那么人就没有做功;若挑着东西上楼或上坡时,人才做功.所以使用扁担挑东西时,人不一定做功.
  最后,同学们是否观察到扁担两头做得比中间细,同时采用弹性较好的材料制成,这又是为什么呢?原来扁担挑东西时,中间会产生一种力,这种力叫做内应力,离开两个端点越远,扁担的内应力就越大.如果把扁担的两头削得细一点、薄一点,当挑重东西时,扁担的两头就弯了下来,重量都集中在中间,所以内应力就越小.而且两头稍细的扁担还会有很强的弹性,货物可以随身体重心的上下移动一起跳动地前进,当然就更轻松啦.
  综上所述可见,在平时的生活中我们要多留心观察,多思考,尝试用所学的物理知识解释身边的现象和遇到的问题,学会从生活中学习物理知识,带着物理知识走向生活.
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