一道初中物理题,求圆满解释
虎哥2011/11/17物理 IP:河南
如图,一个轻质、弹性杆A,一端固定在一个足够牢固的基座上。

如果向另一端施加一个力f,这个杆子会产生一个弹性形变(向下弯曲,比如弯曲2mm)。

A.gif


用螺栓在A杆一端连接一根加长杆B,B的特点是轻质,且刚性,B的长度和A相同。

如果给B杆的另一端施加相同的力f,请问A杆的型变量是多少?

B.gif


如果在A杆一端连接B杆时,方向与A杆相反,只不过为了避免两个杆子帖在一起,在中间垫有刚性轻质物体C。在B杆一端也施加力f,请问A杆型变量是多少?

   C.gif

忽略A杆螺栓处的局部变形。
+200  科创币    hambaby    2012/01/27 提出好的论题
+1  科创币    五成熟的牛排    2012/04/01 初、初中?!!我们初中只学了“力能使物体形变”……至于形变量完全没提过啊
+1  科创币    飞线大师    2012/04/06 不是初中,我初三,根本没见过
+1  科创币    浴血前锋    2013/10/25 这是要用材质的挠曲系数算的
来自:数理化 / 物理
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~~空空如也
虎哥 作者
13年2个月前 IP:未同步
337257
初中物理没见过说明初中读的死书,杠杆、弹簧都是初中学的。
不过俺虽然高中毕业了,还是不会做这道题,怎么办啊
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
360565
我即将(也许几天之后)做这个实验。

我希望选择一种比较巧妙的实验方式。现在开始征集实验设计创意!

非常感谢大家积极提出解决思路,特别是yearn3guns、shoiv、kknd兄弟精彩的演绎。

我希望再约束一下条件:

A杆的弹性足够强,以及力f并不大,以至于A杆的形变量在任何时候都很小,不超过A杆长度的q倍(q<<1)。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361021
打算采用土农大-法进行试验。

为了尽可能消除偏离垂线时重力的影响,要求:

弹性系数足够大(或者弹性杆较短),使重物施加的力远大于装置偏离垂线时力的水平分量。

滑轮正在做,摇车床中[s:275]
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361163
这次试验,选择了质量较轻,弹性较好的玻璃钢材料。其中,弹性杆部分,用有效长度16厘米(超过部分被虎钳夹住)的玻璃钢簧片;刚性杆部分,用长度略小于16厘米的玻璃钢圆柱(型号不同,硬度远高于簧片,可以认为是刚性的)。力的施加,依靠砝码经定滑轮拉动拉线实现。

给玻璃钢柱开连接孔
IMG_0001.jpg

加工两杆之间的刚性垫片(材质:铝合金)
IMG_0009.jpg

初步安装的镜头
IMG_0014.jpg

弹性部分整体外观
IMG_0015.jpg

车好的滑轮
IMG_0018.jpg

使用的砝码
IMG_0021.jpg

滑轮的安装方式
IMG_0023.jpg

砝码的吊装方式
IMG_0024.jpg

装置的初步外观
IMG_0025.jpg

受力点的处理
IMG_0026.jpg   

滑轮的摩擦、砝码上面铜钩的重力,相对砝码的重力而言 都微不足道。本实验为相对测试,可以不定绝对值。

实验会在最近开始(正在考虑测试形变量的措施) ,请大家抓紧时间理论预测。。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361166
再补充介绍一下实验装置。

这个装置实际检测的是角度变化。显然,角度变化反映局部地方(具体来说就是反光镜所在位置)的扭转,并不能直接反映杆一端的位移。因此,今天的实验先供大家讨论,看看能不能说明问题。明天,我们再想办法检测位移的大小(百分表内有弹簧,对实验是有影响的)。

先看检测角度的方法。这里采用一片表面镀银的反射镜,安装在弹性杆的一端(当然是越靠近一端越好)。激光束通过反射镜,打在白色刻度盘上。
IMG_0027.jpg

近看。
IMG_0028.jpg

这是首次空白实验,力f=0时,读书约为6。
IMG_0031.jpg

加上200g(约f=2N)的力。
IMG_0035.jpg

可以看到,光纤偏转到了8.5附近,移动2.5格。
IMG_0036.jpg
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361167
把刚性杆加上
IMG_0038.jpg

再看看全貌
IMG_0041.jpg

做空白试验,因为刚性杆重力的影响,读数变到了约5.8格
IMG_0042.jpg

仍然在A杆一端施加f=2N,此时,读数变成了约8.3格,向下移动2.5格。
IMG_0043.jpg

此时要移动滑轮位置,确保力基本垂直于杆。
IMG_0044.jpg

给刚性杆B的一段加上f=2N
IMG_0045.jpg

此时,读数变成了约12.6格,较f=0N时,下移约6.8格;比受力点在A杆末端时,角度增大2.72倍。
IMG_0047.jpg
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361168
我们来看第三种情况。将刚性杆翻转。
IMG_0049.jpg

做空白实验,读数是5.1格。
IMG_0055.jpg

在A杆末端加载f=2N,读数变为7.7格,即向下变动2.6格。
IMG_0057.jpg

给B杆末端加上力
IMG_0058.jpg

滑轮的位置要向下变动
IMG_0059.jpg

此时喜剧的一幕出现了,读数变为3.3,即向上变动了1.8格。
IMG_0060.jpg   

实验结论:由于局部角度变化,与杆的某个点的位移,不具有线性对应关系,所以这次试验无法得出与题设有关的结论。

请大家提改进方案。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361177
不用这么悲观吧~~~科学实验可以尽量接近理想状态,可以将不理想的因素通过各种办法消去,本题也一样。上面的实验犯之所以不能得到结论,只是因为角度和位移之间的对应关系没有搞清楚。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
361311
偶负责做实验,理论和实验设计问题你们想办法,多出来的力臂和其它因素带来的误差在理论上可以预测。

这是一道日常生活中很常见的物理题~
+1
科创币
kknd
2012-02-01
汗。。。好吧。。。
+1
科创币
delete
2012-02-01
我最郁闷的是你的两根材料居然是不同的.........
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虎哥作者
12年9个月前 IP:未同步
389766
看起来大家已经有结论了,那就是不论理论还是实践,都证明三种情况形变量是不同的。

紧接着就提出了新的问题:

为什么各种电子称采用类似结构,不论重物放在秤盘的哪个地方,称重结果基本一致?传感器的设计如何消除掉这部分误差的?
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虎哥作者
11年2个月前 IP:未同步
650699
这个传感器真的怪异,不论物体放在盘子上的什么位置,结果相同。

就是梅特勒的磁平衡天平,大体上仍然满足此规律。。

称,是诞生了几千年的东西。说起来不应该有多么复杂的原理,为啥咱就理解不了呢。。
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虎哥作者
11年2个月前 IP:未同步
650702
这个传感器的确是双面都有应变片的。
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