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精英家教网1769年,罗比逊设计了一个转臂装置如图,转臂D的一端有一带电球A,与附近另一相同的带电球C相互有静电力作用.转臂实际上是一可活动的杠杆,调节杠杆支架的角度,就可以使之达到平衡.今从侧面看画一示意图如下,设带电球A与带电球C均带正电荷Q(B球不带电),AD长为L,DB长为S,AC间距为r.且A、B、C各球质量均为m,杠杆质量不计,AB杆与竖直线夹角为α.若ABC三球在同一竖直平面上,试求出A球所受各力(弹力除外)对D点的力臂分别为多少?并在示意图上画出.
分析:对于AB两球和杆的整体,点D为支点,A球受重力和库仑力,B球受重力,根据力矩平衡条件列式求解即可.
解答:解:按题意可作图
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A球受重力力臂为Lsinα
据库仑定律:F=
kQ2
r2
       ①
设库仑力力臂为x,根据力矩平衡条件,有
mg?Ssinα+F?x=mg?Lsinα②
则
x=
mgsinα(L-S)
F
=
mgsinα(L-s)r2
kQ2

答:重力的力臂为Lsinα,库仑力的力臂为
mgsinα(L-s)r2
kQ2
,如图所示.
点评:本题关键明确研究对象为AB两球和杆的整体,找到支点,当作用力方向已知时,力臂可以直接求出;当力的方向未知时,可以通过力矩平衡条件求解力的力臂.
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