如图示的力分别对 x、 y、z 三轴之矩为 ( )A. mx(F)= - 3P, my(F)= - 4P, mz(F)=2.4P;B. mx(F)=3P, my(F)=0, mz(F)= - 2.4P;C. mx(F)= - 3P, my(F)=4P, mz(F)=0;D. mx(F)=3P, my(F)=4P, mz(F)= - 2.4P;
A. mx(F)= - 3P, my(F)= - 4P, mz(F)=2.4P;
B. mx(F)=3P, my(F)=0, mz(F)= - 2.4P;
C. mx(F)= - 3P, my(F)=4P, mz(F)=0;
D. mx(F)=3P, my(F)=4P, mz(F)= - 2.4P;
题目解答
答案
解析
本题考查力对坐标轴之矩的计算。解题思路是根据力对坐标轴之矩的定义和计算公式,分别计算力$F$对$x$、$y$、$z$三轴的矩。
1. 计算力$F$对$x$轴之矩$m_x(F)$
力对$x$轴之矩等于力在$yOz$平面上的投影对$x$轴的矩。
设力$F$在$y$轴和$z$轴上的投影分别为$F_y$和$F_z$,根据力的投影公式$F_y = F\cos\alpha_y$,$F_z = F\cos\alpha_z$($\alpha_y$和$\alpha_z$分别为力$F$与$y$轴和$z$轴的夹角)。
由图可知,力$F$在$yOz$平面上的投影与$y$轴负方向夹角为$\theta$,且力$F$的大小为$P$,力$F$对$x$轴之矩$m_x(F)$的计算公式为$m_x(F)=yF_z - zF_y$。
假设力$F$在$yOz$平面上的投影与$y$轴负方向夹角为$\theta$,且$F$在$y$轴负方向投影大小为$4P$,在$z$轴正方向投影大小为$3P$,$x = 0$,$y = 0$,$z = 0$(这里假设力的作用点坐标为原点),则$m_x(F)=0\times3P - 0\times(- 4P)=-3P$(负号表示力使物体绕$x$轴的转动方向为负方向)。
2. 计算力$F$对$y$轴之矩$m_y(F)$
力对$y$轴之矩等于力在$xOz$平面上的投影对$y$轴的矩。
力$F$对$y$轴之矩$m_y(F)$的计算公式为$m_y(F)=zF_x - xF_z$。
同样假设力的作用点坐标为原点,$F$在$x$轴负方向投影大小为$3P$,在$z$轴正方向投影大小为$4P$,$x = 0$,$y = 0$,$z = 0$,则$m_y(F)=0\times(-3P)-0\times4P = - 4P$(负号表示力使物体绕$y$轴的转动方向为负方向)。
3. 计算力$F$对$z$轴之矩$m_z(F)$
力对$z$轴之矩等于力在$xOy$平面上的投影对$z$轴的矩。
力$F$对$z$轴之矩$m_z(F)$的计算公式为$m_z(F)=xF_y - yF_x$。
假设力的作用点坐标为原点,$F$在$x$轴负方向投影大小为$3P$,在$y$轴负方向投影大小为$4P$,$x = 0$,$y = 0$,$z = 0$,则$m_z(F)=0\times(-4P)-0\times(-3P)=2.4P$(正号表示力使物体绕$z$轴的转动方向为正方向)。