我们几乎人人都有这样的经验,用一根木棒搁在肩上,在木棒的后端挂一个物体,就这样扛着物体走。虽然这样会在肩上增加了压力,但是却不必再把物体直接放在肩上,所以有了很多意外的便利。
而且,只要有过扛物体走路经验的人,都会有这样的感觉,把物体越靠近肩部,前面往下压的手越远离肩部,手上就会感觉越省力。但是实际上此时肩上的压力却不一定减小。
可是,如果让只有这种生活经验,却没有学过物理知识的人来解释其中的物理原理,他们是肯定无法严格按照物理原理解释出来的。虽说实践出真知,但是一般老百姓出来的只是结果,而其中的深刻原理却必须用物理知识来解答,不能随便按照感觉来解释。特别是在中考当中,如果出现类似的习题,绝不可凭经验、用生活语言来解答,而是应该用严格的物理公式和逻辑语言来推理。
那么,此种物理情景到底涉及到中学物理中的什么物理知识呢?
其实,这正是八年级物理下册力学中的“杠杆原理”!
我们看看下面这两道中考物理题,基本上是同一道题的不同考试方法而已。我们来分别研究一下。
多么熟悉的情景啊,这个生活中最常见的一幕,不就是利用了杠杆原理么?
根据题意,物体通过绳子对木棒施加的向下的拉力为阻力,其阻力臂为OA;手对木棒前端向下的压力为动力,其动力臂为OB,则根据杠杆平衡公式,可求出此时手压木棒的压力大小。
然后对木棒受力分析,其两端受到向下的两个拉力,支点受到向上的支持力。由于木棒的质量可忽略不计,故可以列出受力平衡方程如上图所示。肩对木棒的支持力大小等于两个向下的压力。此力很容易就能求出来。
根据杠杆平衡公式,由于物体的重力不变,要减小手压木棒的压力大小,则可以减小阻力臂、增大动力臂,也就是说可将支点向A移动。
既然如此,下面这道中考物理题就很容易解释了。
这道题是一道简答题,很显然,应该是甲做法手臂感觉更轻便,更合理。
因为两种方式中,物体的重力大小不变,动力臂大小几乎不变。要让手臂感觉轻便,也就是让动力更小,则阻力臂必须变小,这样阻力与阻力臂的乘积会更小,在动力臂不变的情况下,动力就会更小。
其实,对于这种问题,我们还可以考虑一下肩部的感受,如果考虑现实情况,也就是说肩部所受到的压力应该等于木棒的重力加上动力以及阻力,那么,由于木棒的重力大小和阻力大小是不变的,肩部所受到的压力大小就取决于动力的大小变化了