题目
【单选题】几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上,如果这几个力的矢量和为零,则此刚体A. 必然不会转动.B. 转速必然不变.C. 转速必然改变.D. 转速可能不变,也可能改变.
【单选题】几个力同时作用在一个具有光滑固定转轴的刚体上,如果这几个力的矢量和为零,则此刚体
A. 必然不会转动.
B. 转速必然不变.
C. 转速必然改变.
D. 转速可能不变,也可能改变.
题目解答
答案
D. 转速可能不变,也可能改变.
解析
考查要点:刚体转动的动力学条件,力矩与角加速度的关系。
解题核心:合外力为零时,刚体的平动状态不变,但转动状态可能变化。需判断外力对转轴的合力矩是否为零。
关键点:
- 刚体的转动由外力矩决定,与平动状态无关。
- 合外力为零仅说明平动加速度为零,但合力矩可能不为零,导致角加速度存在,转速变化。
- 若合力矩为零,则转速不变;若合力矩不为零,则转速改变。因此转速可能变化也可能不变。
力与力矩的关系
- 合外力为零:题目中多个力的矢量和为零,说明刚体的质心保持静止或匀速直线运动。
- 力矩的独立性:力矩 $\vec{\tau} = \vec{r} \times \vec{F}$ 与力的方向和作用点有关。即使合外力为零,各力对转轴的力矩矢量和可能不为零。
转动的两种可能性
- 情况1:若各力对转轴的合力矩 $\sum \vec{\tau} = 0$,则角加速度 $\alpha = 0$,转速不变。
- 情况2:若 $\sum \vec{\tau} \neq 0$,则 $\alpha \neq 0$,转速改变。
举例验证
- 例1:两个等大反向的力作用在转轴两侧,且力臂相等,则合力矩为零,转速不变。
- 例2:两个等大反向的力作用在转轴两侧,但力臂不等,则合力矩不为零,转速改变。