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一個重100噸的物體被足以承重的一根繩索掛在半空,這時假如用手去推動這個物體,這個物體能不能像鞦韆一樣晃動起來?為什麼?
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  • 1 # 大海講科技

    不能 ,物體受力平衡,。沒有改變物體狀態的力你的推力小於物體的最大靜摩擦力,推力與靜摩擦力大小相等方向相反相互抵消,所以重100噸的物體在靜態下 不借用工具是無法推動的

  • 2 # 郭哥聊科學

    感謝題主貢獻的精彩話題,這裡給您準確的回答:完全可以,如果想看到肉眼可以觀測的擺動,需要的是方法和時間。

    一、運動和力的關係

    其實我能明白題主的意思,100噸質量的重物,相對於人的體重和力量來說確實是太大了。按照牛頓第二定律的公式F=ma,我們可以想象出來,一個人,用盡全身力氣,能給這個大質量物體提供的加速度也是很小的。

    這就是說,透過人力去推它,能產生的運動狀態的改變很小,很可能推一下,根本看不出什麼擺動。但這不要緊,下面就是我們要說的問題,透過振動的疊加可以用微小的力量產生肉眼可以觀察到的擺動。

    二、產生肉眼可見的擺動只是一個時間問題

    其實我們還有一個辦法,就是利用振動的疊加,這跟盪鞦韆的原理其實差不多,只要不斷在一個擺動週期內,疊加一個力,就能不斷改變這個重物的擺動幅度。

    1940年,美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀,儘管當時的風速還不到設計風速限值的1/3,可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關,所以導致事故的發生。

    在題主的題目中,可以看做是一個單擺,我們以其擺角小於5°的條件下振動時,將其近似看做是簡諧運動。此時,我們可以根據單擺運動的週期公式:T=2π√(L/g),其中L指擺長,g是當地重力加速度,計算出這個重物擺的週期。

    從公式中我們可以看出,這個擺的週期與重物的質量沒有關係,所以,我們只要按照這個計算出來的週期,不停滴用手去推它,就可以看到運動幅度逐漸增大啦。

    結束語

    從前面的分析我們可以看出,其實題主的問題就是一個單擺的共振問題,能產生可見的擺動需要的是時間上的積累就可以了。在生產生活中,我們有時候要利用共振,有時候又要避免共振帶來的損害。

  • 3 # 力學Nerd王小胖

    郭哥從單擺的角度給出了準確的回答。我是力學專業的,看到這題忍不住,所以就從力學的角度來分析一下,權當郭哥答案的補充。

    1、拔河的一個小故事

    不知道各位的力學老師講到物體平衡的時候,有沒有講過拔河?參加拔河的兩隊小朋友們,使出吃奶的勁,拔的滿頭大汗,青筋爆出,但是繩子卻紋絲不動。這個時候,裁判在中間,輕輕用一根小手指一拉,就可以拉動雙方。

    是不是很神奇?雙方使出渾身力氣都無法拉動對方,但是裁判只需要一根小手指就可以拉動雙方。究竟是何緣由?與本題又有何關係?

    2、受力分析

    如題所述,用一根繩子吊起重物,其受力圖如下。物體受到100t的重力(1000kN),繩子拉力也是1000kN。兩者平衡,物體靜止。

    此時,我們用人力去推這個重物,受力如下。由於水平方向額外多出來的推力,破壞了原來的平衡狀態。此時,不管推力多麼的小,物體也會發生運動。物體運動的距離就與推力的大小有關。這就與開頭的拔河一樣了。

    力大一些,運動距離就遠一些。我們可以將力分解成水平和豎直兩個方向。在豎直方向上,由於重力不會發生改變,想要物體平衡,繩子的拉力必須足夠大,在豎直方向上提供與重力平衡的拉力。另一方面,水平方向上,人體的推力,由繩子拉力在水平方向的分量來平衡。如下圖。由此可見,不管推力多麼小,物體都會到達一個新的平衡態,都會發生運動位移。

    3、最大位移的計算

    我們把所有力集中到質心上,根據平衡方程可以得到推力與重力和角度的關係。一般正常成年人的推力約為人體自重的1.5倍。假設人體自重75kg,那麼推力大小為1125N。而重物100t,G=1000kN。因此,可以計算出角度為3′52″,一個非常小的角度。

    物體的位移就等於角度乘繩子的長度。人眼能夠分辨的位移約0.1-0.2mm,那麼可以算出繩子的長度約為0.89-1.78m。即:當繩子最短為0.89m時,可以產生肉眼可見的0.1mm的位移。繩子長度越長,這個位移也就越發明顯。

    4、總結

    用人力去推懸掛的100t的重物,是可以產生位移的。但是,想要肉眼可見其位移,那麼這根繩子必須大於0.89m。

  • 4 # 科學密探—潮

    想要推動一個物體,必須克服物體與接觸面的摩擦力。摩擦力的大小取決於物體對接觸面壓力和摩擦係數。所以當接觸面壓力為0時,摩擦力=0所以可以輕鬆推動。摩擦係數為0時,摩擦力=0也可以輕鬆推動。所以在特定的條件下,無論多重的物體都可以推動!

  • 5 # 科學探索菌

    用一根手指就可以推動這個懸掛的物體,只是人的力量有限,它並不會像鞦韆一樣晃動起來,晃動幅度不明顯。

    物體受力分析

    一個重100噸的物體被懸掛起來,該物體除了會受到重力作用,還會受到拉力作用。繩子和承重點足夠強,重力和拉力大小相等、方向相反,此時處於二力平衡狀態,合力為0,該物體儲存靜止不動。

    當我們用手推該物體,物體受到了外力作用,平衡狀態被打破,該物體在空間中的位置必然發生位移。忽略繩子的承載能力,不管物體有多重、人的推力有多小,該物體的運動狀態必然會發生變化。

    力的作用效果

    力不是維持物體運動的原因,力是改變物體的運動狀態(速度和方向)的原因,此外力還能使物體發生形變。

    同樣是100噸重的物體,若懸掛的是鐵球,則物體的擺動幅度要大一點;若懸掛的是棉花,則擺動幅度要小一點。因為力作用在物體上,當物體容易發生形變,部分力就會被該物體吸收掉。如果該物體是剛體或者形變較小的物體,則可以忽略這個問題,人的推力將完全轉化為使物體運動狀態發生改變的力量。

    物體的質量越大,越難改變其運動狀態。人的推力只能使該物體產生一個非常小的加速度。

    該物體的運動狀態

    二力平衡時,繩子與大地水平面保持垂直。在鋼球上施加一個水平推力,此時繩子在沿重力的豎直方向上就會產生一個角度變化。讓我們來計算一下夾角的大小。

    問題中,該物體重100噸,也就是1000千牛。一個成年人的體重按70公斤計算,估計產生相當於自身體重1.5倍的推力,即1050牛的水平推力,那麼這個夾角為arctan(1050÷1000000)。經計算,繩子沿重力方向大約會產生0.00105度的偏移角。

    這個角度雖然很小,如果繩子足夠長,就能產生較大的位移。如果繩子只有一米長,那麼該物體位移量為sin 0.00105,大約0.18毫米。若要產生一釐米的位移,繩長大約546米。

    轉化為單擺問題

    題主要的是盪鞦韆,那麼這個問題可以看成單擺問題,繩子的長度就是擺長,該物體就相當於擺球。

    在擺動角度小於10度的情況下,單擺運動的近似週期為T=2π√(l/g),其中l為擺長,g為重力加速度。可見,物體的擺動與它的質量無關。在這裡,重力加速度可以認為是固定的,擺長或者說繩子的長度越長,物體位移的距離也會越長,擺動的週期也就越長。在擺動的過程中,物體的重力勢能和動能之間相互轉化。

    在繩長一定的情況下,我們只需要在擺動週期內不斷的對該物體施加推力,物體的擺動幅度就會越來越大。在初始階段,雖然推力很小,不過透過不斷疊加力,該物體將會發生明顯的位移變化。

    總結

    由此可見,人確實可以單手推動重達100噸的懸掛物。人是否能夠推動懸掛物與懸掛物的重量無關,不管是100噸還是1000噸。

    如果該物體的支撐力來自於水平的地面,此時就需要考慮到摩擦力,需要克服最大靜摩擦力,該物體才會產生位移。如果沒有任何阻力,只需輕輕一推,該物體就會永遠運動下去。

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