一个质量为W的物体,通过两根绳索AC和BC悬吊见下图。下列四种情况中绳索AC拉力最大的是( )。
A 、α= 60度,β=30度
B 、α= 30度,β= 30度
C 、α=15度,β=45度
D 、α= 60度,β=60度
【正确答案:A】
根据力的合成及平行四边形原理可知,α= 60度,β=30度时。绳索AC拉力最大。
是B项对。
分析:
对物体而言,它受到重力W(不变),AC绳拉力 FA,BC绳拉力 FB ,合力为0。
将FA、FB正交分解在水平和竖直方向,由合力为0 得
FA* cosα=FB* cosβ 水平方向
FA* sinα+FB* sinβ=W竖直方向
以上二式联立,消去 FB ,得
FA=W * cosβ /(sinα* cosβ+cosα * sinβ)=W * cosβ / sin(α+β)
可见,只要把四个选项中的 α 、β 的数值分别代入上式,得到 cosβ / sin(α+β)的值如下:
A项是 (根号3)/ 2 ;B项是 1;C项是 (根号2)/ 2 ;D项是 (根号3)/ 3 。
显然是 B 项的结果最大。
ac拉力为T,bc拉力为N
Tsina+Nsinb=wg
Tcosa=Ncosb
由第一式得
wg-Tsina=Nsinb
第三式除第二式
wg/Tcosa-tana = tanb
T=wg/(cosa(tana+tanb))=wg/(sina+cosatanb)=wgcosb/(sinacosb+cosasinb)=wgcosb/sin(a+b)
选b
简单的,最后一个式子可以从对b点的力矩推倒出来,重力提供对b点的逆时针力矩,从几何关系可知力矩为wgcosb*l,ac张力提供顺时针力矩,力矩为Tsin(a+b)*l。两个力矩相等,可直接得T=wgcosb/sin(a+b)
以上是正宗的分析,如果投机取巧,也有办法,首先bcd三个选项都是角度相等的,显然角度越小张力越大,那么cd就先排除了。ab两个选项,b角相同,从对B点的力矩角度考虑,两条线越接近垂直,则ac上提供顺时针力矩所需的力越小,选项a刚好垂直,所以a一定小于b。
Tacos30-Tbcos45=0
Tasin30+Tbsin45=600
联立解得
Ta=1200/(1+√3)
Tb=600√6/(1+√3)