根據(jù)杠桿的平衡條件F1#8226;L1=F2#8226;L2可知,在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下,要使所使用的動(dòng)力最小,必須使動(dòng)力臂最長。但是在通常情況下,連接杠桿中支點(diǎn)和動(dòng)力作用點(diǎn)這兩點(diǎn)所得到的線段是最長的,所以要做出杠桿中的最小動(dòng)力,可以按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:
(1)找杠桿中的支點(diǎn) 方法:找支點(diǎn)時(shí),一要緊緊抓住支點(diǎn)的特征——繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn);二要平時(shí)注意觀察物體究竟繞著哪個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);三要善于想象,把紙面上靜止的杠桿在大腦想象中轉(zhuǎn)起來,從而找出支點(diǎn)。
(2)找最大的力臂,確定動(dòng)力作用點(diǎn) 方法:看支點(diǎn)到杠桿上的哪一點(diǎn)距離最大,連接支點(diǎn)與這一點(diǎn),得到最大的力臂,該點(diǎn)就為最小動(dòng)力的作用點(diǎn)。
(3)確定力的作用線 方法:經(jīng)過動(dòng)力作用點(diǎn)做出與最大力臂垂直的直線,該直線為動(dòng)力的作用線。
(4)確定力的方向 方法:根據(jù)杠桿平衡原理,結(jié)合實(shí)際確定動(dòng)力方向。
中考試題中涉及“畫杠桿中最小動(dòng)力”內(nèi)容的主要有兩種情況,這里我們將此類問題分為以下兩類進(jìn)行討論。
1 已知杠桿中的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置
在有些作圖題中,若已知?jiǎng)恿ψ饔命c(diǎn),則將動(dòng)力作用點(diǎn)和支點(diǎn)的連線的線段作為動(dòng)力臂,動(dòng)力與這個(gè)線段垂直,根據(jù)實(shí)際情況確定最小動(dòng)力F1的方向。
例1 如圖1所示,杠桿AOBC可繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),在A處掛上一重物G,欲在C處施加一最小動(dòng)力,使其能在圖示位置平衡。請做出此動(dòng)力的方向。
分析 (1)杠桿AOBC可以繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),所以O(shè)點(diǎn)是杠桿的支點(diǎn);且要求在C處做出最小動(dòng)力,故C點(diǎn)是動(dòng)力作用點(diǎn)。
(2)連接支點(diǎn)O與動(dòng)力作用點(diǎn)C,得一線段OC。
(3)過C點(diǎn)做線段OC的垂線。
(4)由圖可知,由于阻力作用點(diǎn)A與動(dòng)力作用點(diǎn)C在支點(diǎn)O的兩側(cè),故兩力的方向必須基本一致,才能使杠桿平衡。所以動(dòng)力的方向應(yīng)向下。
練習(xí) 如圖2所示的彎曲杠桿A端吊一重物G,要想在B端加一最小的力F,使AO(O為支點(diǎn))保持水平平衡,試畫出此力的方向和力臂。
2 未知杠桿中的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置
如果不知道杠桿的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置,首先要根據(jù)使動(dòng)力臂最長的條件,在杠桿上找離支點(diǎn)距離最遠(yuǎn)的一點(diǎn)作為動(dòng)力作用點(diǎn),確定出動(dòng)力作用點(diǎn)的位置,然后再進(jìn)行作圖。
例2 如圖3所示,用一根細(xì)繩將杠桿AOB在O點(diǎn)懸掛起來,并在B處掛一重物G,欲在杠桿上施加一最小動(dòng)力F,使其在圖示位置平衡,該怎樣做出。
分析 同學(xué)們在解題過程中,往往會(huì)將A點(diǎn)作為動(dòng)力的作用點(diǎn),OA作為動(dòng)力臂,這樣做出來的力臂其實(shí)并不是最短的。根據(jù)我們學(xué)過的知識(shí)知道,動(dòng)力的作用點(diǎn)都應(yīng)該取在杠桿上,那么若將動(dòng)力作用點(diǎn)取在支點(diǎn)右側(cè)就會(huì)發(fā)現(xiàn),所得到的力臂可能比OA更長。這樣理解與分析后,就可知道動(dòng)力作用點(diǎn)應(yīng)取在B點(diǎn),將OB作為動(dòng)力的力臂是最長的,做出的動(dòng)力也就是最小的,如圖4所示。