|
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。
|
|
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。 |
| 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。 |
| 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。 |
| 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。 |
|
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。 |
|
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。 |
| 天平，一个物件，它稳定的原理是重心最低原理。为什么重心最低时是稳定的？是场势能最小原理给出的。物体（物质）受场力的方向总是场物质总体极化能减小的方向。我给出了物体在场中受力，是极化的场物质和物体作用的结果的论断。我指出：物体所具有的势能是存在于物体体系和场物质中的。 |
| 一个真空介质的平行板电容器，充上电以后，从电源断开，真空介质中就建立起一个电场，该电场储存有极化能。这时我把一个电子放到两极板之间，电子受力是朝向正极板的。我们看一下，电子若到达了正极板会发生什么？它会使电容器带电量减少、电容器端电压下降、被极化的场物质的极化程度降低。这就是场势能最小原理：物体（物质）受场力的方向总是场物质总体极化能减小的方向。 |
| 相对论不承认场物质（以太的具体成分），因此凡是笃信相对论的人，都不可能提出这个原理。 |
| 我不仅把物体体系具有的势能提高到场物质极化能的认识高度了，我还把物体的动能也提高到场物质极化能的高度了。 |
| 速度极化也是我提出的一个理论。速度极化产生新增质量，这是解释高速物体质量增加的物理机理。我为此还提出了一个质量密度和极化电量的关系式子。 |
|
重力场也是极化场，当然物体受重力也符合场势能最小原理。
过去，教科书上谈到物体的势能时，说势能属于物体体系。比如说把一个物体从地面移到高处，物体的势能属于物体和地球，并没有指出场物质才是势能的载体。极化场理论指出，场物质试图退极化是物体受场力的根本原因。 |
| 天平原本是称量质量的衡器，是砝码和被称量物通过重力进行重量比较后得出质量物的质量。虽然通过重力，但比较结果和重力大小基本无关（只要重力不为零即可）。现在有些电子秤也被人们叫做电子天平，其实是错误的。电子天平虽然采用了天平的结构，但是因为它采用和被测物质量力相平衡的力是电磁力，所以测量出来的是重力而不是质量。用这种形式的电子天平去测量一个标准砝码的质量，在不同纬度会得到不同测量结果，因此必须随时随地用标准质量的砝码校对后才能使用。 |
| 系统的重心低，所以它的平衡是稳定平衡。这没什么奇怪的。奇怪的是：托盘天平的平衡与砝码（物体）的位置无关。在盘子内不论靠里还是靠外都不影响平衡。王先生能解释吗？ |
|
[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。 |
| 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。 |
| 王老师说的很对。盘子里的物体不论靠里还是靠外都会产生附加力矩，它是被平行四边形的上下横杆平衡的。 |
| 如果没有底座下的这两根轻梁，托盘支架就会倾斜，绕支点翻倒，托盘也会倾覆，托盘支架作用在支点上的力就会偏离垂直线。平行四边形是保证托盘支架只上下活动，不能倾斜的关键。 |
| 如果左托盘放个10公斤的砝码，右托盘放个1公斤的砝码，天平会呈平衡态吗？ |
| 一般的天平，秤量的物体质量差都是按克计的，两边的质量差大于某个数值，天平托盘就被底座阻挡住，形成了第二支点，不能再倾斜。这时砝码受到的重力就不都作用在中间的支点上，而是被新增支点承担了一部分，天平不再是杠杆。 |
|
比如一根1米长的质地均匀的横梁，在0.5米的质心位置打个孔、穿个轴作为天平的支点，0米位置和1米位置承受两托盘的重量。两托盘的质量若相等，则横梁可稳定于任何角度。两托盘的质量若不相等，则横梁会竖立起来，重的跑到下边、轻的跑到上面，有唯一的稳定角度。
如果我在横梁的支点下焊接一根垂直的质量条形物，让它成为“T”字形，支点位置不变，则两托盘的质量若相等，它就不能稳定在任何角度了。重心最低原理使得这根垂直条形物总垂直于水平面，天平有了唯一的稳定角度。 若这个垂直的质量条形物的长度是10米，质量是100千克，你在天平两边各放上10千克和1千克的砝码，天平会有些微的倾斜，但这个倾斜也会让垂直的质量条形物倾斜，产生随倾斜角度增大而增大的反扭矩。这个反扭矩最终会和两托盘质量差引起的旋转扭矩大小相等，方向相反。此时天平就稳定在了这个角度。特制的天平能满足你的要求。 |
| 一般的天平，为了平衡，都有一个重心距，但这个重心距很小。天平倾斜时，不能产生很大的反扭距，因此不足以产生能抵抗产生9千克质量差的反扭距。要想在这么大质量差时还能稳定，就要增大重心距。比如把天平的横梁做成“T”字形，上面“一横”的两端放质量物，支点在“一横”的中点、“一竖”的上端，即“一竖”和“一横”的垂足点。“一竖”的长度很长、质量又很大，它就能对付你说的这种情况。 |
