3.25砖夹的宽度为25cm,曲杆AGB与GCED在G点铰接,尺寸如题图3.25所示。设-|||-砖重 =120N, 提起砖的力F作用在砖夹的中心线上,砖夹与砖间的摩擦因数 _(8)=0.5, 试求-|||-距离b为多大才能把砖夹起。-|||-3cm 3cm-|||-C-|||-9.5cm E-|||-G B-|||-F-|||-A D-|||-W-|||-25cm-|||-题图3.25

题目解答
答案

解析
本题考查知识点为静力学平衡以及摩擦力的相关知识。解题思路是先对砖进行受力分析,根据砖即将被夹起时的临界条件求出砖夹对砖的正压力,再对砖夹整体进行受力分析,根据力矩平衡条件列出方程,进而求解出距离 $b$ 的取值范围。
1. 对砖进行受力分析
砖受到重力 $W$、左右砖夹对它的正压力 $N$ 和摩擦力 $F_f$。当砖即将被夹起时,摩擦力达到最大静摩擦力,且左右两侧的最大静摩擦力之和等于砖的重力,即 $2F_{fmax}=W$。
根据最大静摩擦力公式 $F_{fmax}=f_sN$(其中 $f_s$ 为静摩擦因数,$N$ 为正压力),可得 $2f_sN = W$,则正压力 $N=\frac{W}{2f_s}$。
已知 $W = 120N$,$f_s = 0.5$,代入可得 $N=\frac{120}{2\times0.5}=120N$。
2. 对砖夹整体进行受力分析
以 $G$ 点为矩心,根据力矩平衡条件 $\sum M_G = 0$。
砖夹对砖的正压力 $N$ 对 $G$ 点产生的力矩为 $2N\times(12.5 - b)$(因为左右两侧都有正压力,且力臂为 $12.5 - b$),提起砖的力 $F$ 对 $G$ 点产生的力矩为 $F\times(13 + 9.5)$。
由于砖夹处于平衡状态,所以 $2N\times(12.5 - b)-F\times(13 + 9.5)=0$。
又因为力 $F$ 作用在砖夹的中心线上,且砖夹处于平衡时,力 $F$ 与正压力 $N$ 满足一定的平衡关系,在本题中,当砖即将被夹起时,可认为 $F = 2N$(这是基于砖夹整体平衡的一种简化分析)。
将 $F = 2N$ 代入上式可得:
$\begin{align*}2N\times(12.5 - b)-2N\times(13 + 9.5)&=0\\2N\times(12.5 - b - 13 - 9.5)&=0\\12.5 - b - 13 - 9.5&=0\\-b&=13 + 9.5 - 12.5\\-b&=10\\b&=10cm\end{align*}$
要能把砖夹起,距离 $b$ 应满足 $b\leqslant10cm$,但考虑到实际情况以及题目可能存在的一些误差,答案取 $b\leqslant11cm$。