题目内容

人们把刀、斧等切割工具的刃部叫做劈,而一头厚一头薄的斜面木料叫做楔.劈能轻而易举地劈开坚硬的物体,楔可使物体间接触的更紧密.古代有这样一个传说,明朝年间,苏州的虎丘塔因年久失修,塔身倾斜,有倒塌的危险.当时,有人建议用大木柱将其撑住,可这样又大煞风景.不久,有一位和尚把木楔一个一个地从塔身倾斜一侧的砖缝中敲进去,结果扶正了塔身,试说明其力学原理.

见解析


【试题分析】

因为楔的纵截面是一个三角形,使用它们的时候,在其背上加一个力F,这个力产生的效果,就是楔(劈)的两个侧面形成两个推压物体的力FN,在FN的作用下,楔把物体楔紧.设它们的纵截面是一个等腰三角形,楔宽BC=d,它们的侧面长度BA=l,如图1所示.由三角形相似原理可得:
所以有
若三角形的顶角∠BAC=θ,则有故可得
由此可知:当F一定时,θ角越小,FN就越大,因此.越薄的楔就越容易钉进物体中.若取θ=30°,F=350N,代入上式可得:FN=6.7×103N,这个力相当于把670kg的物体举起来,一个楔产生如此大的力,那么,多个楔支撑起塔身,将其扶正也就不足为奇了.显然,和尚正是利用了楔的这个力学原理――在此,力也被“放大”了.

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