【知识点详解】
1. **力矩的定义与作用**
力矩是衡量力对物体产生转动作用的物理量,其大小等于力与力臂(力的作用线与转动轴之间的垂直距离)的乘积。力矩是物体转动状态改变的原因,而不是使物体保持静止或转动的原因。选项C正确。
2. **力矩平衡条件**
当一个物体处于平衡状态时,所有作用在物体上的力矩之和为零,即合力矩为零。在问题2中,ON杆在不同力的作用下静止,表明这三种力的力矩平衡。根据杠杆原理,如果力的作用点相同,力矩的大小取决于力的大小和力臂的长度。由于杆在各位置都能保持静止,因此F1、F2、F3的力矩必须相等,但不意味着力的大小相等。所以正确答案是D,力的大小关系无法确定。
3. **粗细不均匀木棍的平衡**
在问题3中,假设木棍在某点平衡,若在此处将其截成两段,根据力矩平衡原则,两段木棍的重力力矩应该相等。由于木棍粗细不均匀,因此较细的一段可能更重,以补偿其较小的力臂,使得力矩平衡。所以正确答案是B,细段轻、粗段重。
4. **力的作用效果分析**
在问题4中,当板的B端被抬起时,物体A相对于平板静止。这意味着A对板的压力会减小,因为物体需要较少的正压力来抵消由于板倾斜增加的重力分量。同时,由于物体A防止滑动,与B之间的摩擦力会增大以提供额外的横向约束力。F对O点的力矩会减小,因为力F的方向不变,但力臂减小了。
5. **力矩平衡与质量计算**
问题5中,通过建立力矩平衡方程,可以计算出木棒自身的质量。质量为6kg的物体位于木棒左端0.2m处,木棒平衡时,重力力矩与力F的力矩相等。由此可解得木棒的质量为4kg。
6. **滑动摩擦与压力计算**
在问题6中,均匀杆OA在摩擦系数为μ的木板上,木板受到拉力F向右匀速移动。杆对木板的压力N可以通过平衡条件求解,考虑到动摩擦力与压力成正比,且与杆与竖直方向的夹角有关。经过计算,杆对木板的压力N等于mg/4,其中m为杆的质量。
7. **力矩变化分析**
在问题7中,随着力F将OA棒缓慢拉至虚线位置,重力力矩和F的力矩都会发生变化。重力力臂会变长,重力力矩增大;而F的力臂变长,F的力矩也会增大。选项B和C正确。
8. **圆柱体滚动问题**
问题8涉及到圆柱体在粗糙台阶上的滚动。要使圆柱体开始滚动,需要在A点施加一个最小的力,这个力的大小等于重力分力与摩擦力之差,即等于圆柱体重力的一半乘以摩擦系数。同时,台阶对柱体的作用力等于圆柱体的重力减去滚动摩擦力,即等于圆柱体重力的四分之一。
通过以上解析,我们可以看出力矩在刚体平衡问题中的关键作用,它不仅涉及力的大小,还涉及到力臂的长度,是理解和解决这类问题的关键。在实际问题中,我们需要综合运用力矩平衡、摩擦力、力的分解等知识,进行动态分析,从而解决问题。