原理就是力的分解。
为了便于理解,先假设有一根没有质量的杠。
1.
当杆两侧的重物距中心支点的距离相同,那么更重的物体自然会把杆的那一侧往下压,所以杆无法平衡。
2.
现在左侧物体质量为m,右侧物体质量为2m。因为左侧的力臂长度是右侧力臂长度的2倍,所以有:mg×2l=2mg×l,所以在2侧物体质量不同的情况下,因为力臂的长度也做了相对应的调整,杆依旧平衡。
3.
那么,要使羽毛能让相对质量更重的木棍平衡,只要将力臂的比值调整到合适的级别就可以了。
备注:类似于羽毛使木棍平衡,阿基米德的“给我一个支点,我能撬动地球”运用的也是力臂的比值。
在一根不均匀的木棍上,找到一点,当仅以此点支持水平方向的木棍,又能使其保持平衡的条件就是以支点将木棍分成两部分时,各部分的质量与该部分重心到支点的水平距离的乘积相等,也就是支点两端由其所受重力对支点产生的力矩平衡, 此时,支点的向上支持力方向正好通过整个木棍的重心,或者说木棍平衡时重心的垂线正好通过支持点。
实际上已经被平衡支持的木棍由于重心是一个点,当这个点处于木棍内部时,一旦木棍稍有倾斜,其重心所在的垂线随之与支持力所在位置发生改变,平衡随之被破坏;但是若木棍是稍带弯曲时,重心可能落到木棍之外,这样会出现支持力作用点在重心上方的情况,这样的情况下,由于重力作用,木棍的重心会自行调节到支持力的作用方向上,木棍达到平衡,也就是平衡很容易达到。
电视中播放的“平衡”表演,不是借助一根羽毛让木棍平衡,而是用一根木棍的一端,支持一根羽毛,使羽毛的重心落到木棍上;再让一端带一根羽毛的木棍的重心,稳落到第二根木棍的一端,构成第二重平衡,以后一次次的增加平衡的层数,体现出表演者的优秀的平衡感觉和稳定的心态,最后只因一根羽毛的失落而全部平衡被打破,并非借助羽毛才能让整个表演平衡。
通过一系列的杠杆力臂作用,将羽毛重力转换成的压力扩大,从而与木棍另一端的重力相抵消,木棍受到的合力为0N,所以保持平衡。
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