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天平的原理
[楼主] 作者:王普霖  发表时间:2018/07/29 00:50
点击:0次

关于天平的工作原理,网上很多对它的解释都是肤浅的。对它平衡时的分析,基本上都局限于它水平时,M1L1=M2L2。对于L1=L2=L的等臂天平,M1=M2时天平保持水平稳定状态。大多数解释,都没有提及等臂天平在M1≠M2时,它为什么也能稳定。

其实,除了杠杆平衡原理外,还有一个非常重要的原理,那就是不倒翁原理在起作用。等臂天平横梁上的中间支点位置和横梁的质心位置有一个距离叫重心距d,横梁自身有一个质量M0。天平水平时,横梁的质心在支点之正下方,重力造成的扭矩为零。如果我们把天平向左边倾斜一个角度θ,则支点下的质心就会向右移动,在横梁上产生一个重力矩M=M0gdsinθ,来反抗这个倾斜。这就是天平能自动回复到水平位置的道理。如果没有重心距d,或者横梁的质量为零(理论上设想的无质量横梁),则天平没有自动回复到水平状态的能力。

 

这个问题我在上中学时曾经问过物理老师: 为什么天平两边放入质量不等(质量差别不是很大)的物体时也能稳定住?当时老师手边没有天平,也没能做出解答。

 

 

 

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[楼主]  [2楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/07/31 17:38 

一根均匀直铁条,在质心位置打个孔,穿个轴,它可以稳定于任何角度。如果把这根直铁条在穿轴的位置弯折一下,变成“∧”的形状,它就不能稳定于任何角度了,它变得只有唯一的一个稳定角度了。

实际用的等臂天平的横梁都是这种“∧”形状的,上面的尖是天平的支点,下面两脚承受两托盘的重力。在天平倾斜时,两边的重力力臂也是变的:天平向左倾斜后,左重力力臂缩短、右重力力臂伸长,产生反扭矩。
[楼主]  [3楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/01 14:44 

天平这么简单的东西、这么简单的原理,怎么还要开个帖子讨论呢?其实这里就真是个存在理解误区的地方。不信,大家可以网上查查“天平的原理”看一看,大家会很难看到类似的原理解释。
[楼主]  [4楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/03 22:41 

绝不能把等臂天平理解成一根在任意情况下左右力臂都相等的直杠杆,这一点是至关重要的。
 [5楼]  作者:fhnjzz  发表时间: 2018/08/04 15:19 

王普霖先生,你怎么不继续研究极化理论而研究起天平来了?象朱顶余先生没有继续研究“引力温梯论”一样,“引力温梯论”已快被人们遗忘了。如果你不继续研究极化理论话,你的极化理论也有可能象朱顶余先生的“引力温梯论”一样要被人们遗忘的,建议你继续研究极化理论。
[楼主]  [6楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 16:07 

冯先生:
我并没有研究天平,这只是捎带脚答网友的问题而已,天平已无可研究的地方了。
 [7楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2018/08/04 16:35 

对【5楼】说:

没准老王不一会就得出结论:天平平衡,是极化效应的宏观现象。研究一下天平说不定也会来个灵感。

[楼主]  [8楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 16:51 

对[7楼]说:
你以为天平平衡和极化没有关系哪?
[楼主]  [9楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 19:46 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [10楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 21:16 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [11楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 21:44 

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[楼主]  [12楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/04 22:14 

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[楼主]  [13楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/05 07:41 

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[楼主]  [14楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/05 07:45 
[楼主]  [15楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/08/06 14:12 

读帖时,帖子不存在
 [16楼]  作者:岳伍  发表时间: 2018/08/08 13:13 

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[楼主]  [17楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/11/12 04:43 

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 [18楼]  作者:马国梁  发表时间: 2018/11/12 08:51 

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[楼主]  [19楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/11/12 09:00 

[18楼]马老师:
托盘天平盛放物体的盘所承受的重量,是通过支点作用到平衡杠杆上的,不影响力臂长度。
[楼主]  [20楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/11/12 14:05 

托盘天平有两个托盘架,通过支点和平衡臂作用,托盘架支点下有延伸部分,延伸到天平底座下面。底座下面有两个轻质活动横梁,也通过铰链连接到底座下的中点,这就形成了左右两个平行四边形。天平托盘上所放置的物体无论多么偏离盘中心,即使天平倾斜,也能保证盘不倾斜,这样重力就能始终垂直于水平面作用在支点处。
 [21楼]  作者:马国梁  发表时间: 2018/11/12 14:21 

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[楼主]  [22楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/11/12 14:27 

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 [23楼]  作者:马国梁  发表时间: 2018/11/12 15:32 

设计挺巧妙的。两边托盘一上一下,都是平动,使总的势能保持不变。
[楼主]  [24楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/11/12 15:37 

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 [25楼]  作者:岳伍  发表时间: 2018/12/08 18:37 

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[楼主]  [26楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/12/08 21:01 

[25楼]岳伍先生:
特制的天平可以。
[楼主]  [27楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/12/08 21:35 

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[楼主]  [28楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/12/09 10:42 

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[楼主]  [29楼]  作者:王普霖  发表时间: 2018/12/10 17:43 

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 [30楼]  作者:岳伍  发表时间: 2018/12/13 17:33 

谢谢王老师!原来天平还有这么多讲究。

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