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  • 关键词杠杆原理机理力冲量传递杠杆原理(组图)

    杠杆原理的形成机制分析与研究

    宋启军

    上海文来中学,上海,中国

    概括

    本文讨论了传统力学分析中存在的问题,以及力和冲量各自的特点。从力和冲量传递速度的角度,深入分析了杠杆的内力和冲量传递,不仅揭示了杠杆原理形成的内在机理,而且形成了力分析的一种新思维和新方法。发展起来,更有利于分析力作用引起的各种自然现象和自然规律的内在机理。

    关键词

    杠杆原理机构力脉冲传递

    1. 简介

    杠杆原理是人类社会发现的最早、应用最广泛的物理基本定律。阿基米德曾经说过:“给我一个支点,我可以举起整个地球。” 在《论平面图形的平衡》一书中,他首先提出了杠杆原理。他首先提出了杠杆的一些实际应用。经验知识被视为“不言而喻的公理”,根据这些公理,利用几何学的逻辑论证,得到杠杆原理,即“当两个物体处于平衡状态时,它们与支点的距离成反比。到重量” [1] 。阿基米德告诉人们,自然界中存在杠杆原理的基本物理定律,但没有告诉人们杠杆原理的内部机制是什么。” 它仍然不能解释杠杆原理的形成机制。杠杆原理的产生机制已成为永恒之谜。人们只能将杠杆原理视为自然界中本来就存在的规律,将其视为公理,而无法解释其产生的内在机制。

    作者认为,物理研究的意义不仅在于发现和发现规律,更在于探索规律形成的原因[3]。本文试图用新的视角和方法来解读杠杆原理形成的内在机制。

    2、传统力学分析中的问题

    众所周知,传统力学分析认为,力是改变物体运动状态的根本原因,力的大小、方向和作用点是力的三要素。用传统的力学分析方法寻找杠杆原理的机理存在以下缺陷:

    首先,传统的力分析忽略了“力传递速度”这一基本要素。无论物体在对物体(如我们常说的刚体)施加力的过程中的变形时间如何,物体之间传递的力都是电磁力,是四种基本相互作用力之一,传递速度电磁力的大小与电磁场的传播速度相同。, 都是光速C[4],所以力的传递速度很快,但是传递还是需要时间,不是瞬时的,传统的力分析忽略了力的传递速度因素.

    其次,传统的力分析,尤其是静力分析,忽略了冲量对物体运动的影响。冲量是力的时间累积效应的量度,它是力随时间的积分 (I=∫Fdt)。恒定力的冲量是力和时间的乘积(I=Ft)。力基本上等于它对物体的影响。瞬时冲量,即力本质上是冲量对时间的导数,恒力等于冲量随时间的变化(F=I/t)。从更深的意义上说,冲量是改变物体运动的根本原因,而力只反映了冲量在每一时刻对物体的作用量。由于力的传递速度是光速,

    由于传统静力分析中的所有力同时以作用力和反作用力的形式出现,力的传递速度极快,力的作用时间大多相等。为了简单和直观的考虑,力的作用时间被忽略了。和传递时间,只分析力的作用点、大小和方向。这种简化的分析方法适用于力以直线传递或冲量传递时间没有差异的情况。但在杠杆、滑轮、齿轮、角动量等力的传递不是直线且产生脉冲传递时间差的条件下,如果不考虑力与作用时间和传递时间,

    力和冲量是一对相互依存的物理量,两者都是一种矢量,同时产生、传递和消失。力和冲量的物理意义也大不相同。力是瞬时的量级,有大、小之分。力只反映每时每刻对物体的冲量作用(以下也称“瞬时冲量”);冲量是作用在物体上的力的累积效应的反映,是一个过程值。对物体上的力进行冲量传递分析,可以更科学、更准确地找到力的作用机理。

    3、杠杆原理形成机制分析研究

    杠杆原理也称为“杠杆平衡条件”。为了使杠杆保持平衡,作用在杠杆两端(动力点和阻力点)的两个力的大小与其力臂的长度成反比。功率×功率臂=电阻×电阻臂,用代数公式表示为F1·L1=F2·L2,其中F1代表功率,F2代表电阻,L1代表功率臂,L2代表电阻臂。由上式可知,为了平衡杠杆,力臂长度的比值决定了力与阻力的比值,力的传递速度为光速C,力臂的长度决定了力的传递时间长短(t=L/C),长杆臂传力所需时间长,短杆臂传力所需时间短。这表明我们必须从力和冲量的传递时间的角度来分析杠杆原理的机理。

    反作用力和后坐力应从支点通过杠杆传递到两端,从支点传递到杠杆两端的反作用力。力 F1’、F2′ 和反冲力 I1’、I2′ 与作用力 F1、F2 和冲量 I1、I2 大小相等且相反;这样,杠杆受力的三个点都处于合力和合冲量为零的状态。这些是杠杆平衡的结果,并不能解释杠杆原理“F1·L1=F2·L2”的机理。F2 和脉冲 I1、I2;这样,杠杆受力的三个点都处于合力和合冲量为零的状态。这些是杠杆平衡的结果,并不能解释杠杆原理“F1·L1=F2·L2”的机理。F2 和脉冲 I1、I2;这样,杠杆受力的三个点都处于合力和合冲量为零的状态。这些是杠杆平衡的结果,并不能解释杠杆原理“F1·L1=F2·L2”的机理。

    我们必须在力与从支点传递到杠杆末端的冲量之间的关系中找到答案。杠杆平衡时,作用在杠杆两侧距支点相同距离处的两个作用力必须相同,支点对杠杆两端的反作用力也必须相同。因此,可以得出结论,当杠杆处于平衡状态时,从支点到杠杆两端的冲量在任何时候都是相同的。如果同时从支点到杠杆两端的冲量不同,杠杆就会失去平衡,转动。

    下面以“杠杆平衡时,任意时刻从支点向杠杆两端传递相同大小的冲量”为条件,分析杠杆内部冲量的传递情况,发现杠杆原理的形成机制。

    如图所示ob为一轻质杠杆o为支点_如图所示,轻质杠杆的支点为0_o为支点,画出是杠杆保持平衡的最小力

    如图所示,轻质杠杆的支点为0_o为支点,画出是杠杆保持平衡的最小力_如图所示ob为一轻质杠杆o为支点

    如图2所示,当杠杆平衡时,任意时刻同时,从支点向杠杆两端传递一个大小相同的冲量I(I=I0’/2),冲量传递的速度是光速,那么等量级冲量传递到杠杆两端的时间分别为L1/C和L2/C。对于相同大小的冲量连续传递,由于传递所需的时间不同,杠杆两端接收的瞬时冲量(力)等于传递的冲量除以传递时间(F=I/t),杠杆短端接收到的来自支点的大瞬时冲量(力),杠杆的长端接收来自支点的小瞬时冲量(力)o为支点,画出是杠杆保持平衡的最小力,而杠杆两端所受的瞬时冲量(力)的比值等于杠杆两端力矩的反比。

    也就是说,在同一时刻,杠杆两端的平均脉冲传递率分别为 I/(L1/C) 和 I/(L2/C)。力反映了冲动在此刻对物体的作用。传递率之比等于它们接收的瞬时冲量(力)之比,杠杆两端接收瞬时冲量(力)之比为(I/(L1/C))/I /(L2/C)=F1’/F2’=L2/L1,因此,杠杆两端受到的瞬时冲量(力)之比等于杠杆两端反作用力之比,等于作用力的比值,即F1’/F2’= F1/F2= L2/L1,外在表现为杠杆原理“F1·L1=F2·L2”或“功率×功率”臂 = 阻力 × 阻力臂”。

    杠杆原理的产生机理并不复杂,但要真正理解它,就需要打破原有的思维方式和思维惯性,正确理解力和冲量的关系,从力和冲量的传递过程来理解。冲动。该过程具有其独特的特性。杠杆平衡时,从支点传出大小相同的冲量和瞬时冲量(力),但由于传递所需时间不同,支点两端接收到的冲量和瞬时冲量(力)杠杆不同,它们之间的关系满足:F0’=F1+F2、 I0’= I1+ I2 and F1’/F2’= F1/F2= I1/I2= L2/L1,杠杆受力的三个点都在合力和合冲量为零时,杠杆是平衡的。否则,杠杆将失去平衡。

    综上所述,“当杠杆处于平衡状态时,同一时间从支点向杠杆两端传递相同大小的冲量。因为传递时间与扭矩成正比,所以瞬时冲量的比值(杠杆两端受到的力)等于杠杆两端扭矩的反比”是杠杆原理的内在原因。

    通过杠杆平衡原理的形成机理分析,我们可以确定,冲量的传递具有以下规律:同一个冲量由于所需的传递时间不同,在接收点接收到不同的瞬时冲量(力),即F = I /Δt。该结论适用于力的传递不是直线且在脉冲传递中产生时间差的力的分析,如杠杆、滑轮、齿轮、角动量等的作用分析。

    4、结束语

    通过引入力的基本要素力的传递速度,分析了杠杆内部冲量的传递,不仅揭示了杠杆原理形成的内在机理,而且形成了力的新思想和新方法。分析,深刻认识力和冲量的传递特性,从力和冲量传递的角度对物体的运动状态进行力学分析,特别是对不在同一直线上传递的力(如力矩作用) 、角动量运动等)分析更有利于剖析力作用引起的各种自然现象和自然规律的内在机理。希望这篇文章能给你带来一些帮助和启发。

    参考:

    ⑴ BK Ridleyo为支点,画出是杠杆保持平衡的最小力,时空万物(男),长沙:湖南科学技术出版社,2007:157。

    ⑵ 牛顿,自然哲学的数学原理,北京大学出版社,2006,1-18。

    (3)宋景彦,论现代物理学基础理论的缺陷与以太模型的重塑:大统一理论的创立,科技与创新,2019年第22期,14-19。

    ⑷ 宋敬言,自然法哲学原理——以太模型大统一理论的延续,科技与创新,2020年6期,10-15。

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