家庭工具中的力学知识.pptVIP

* 指甲剪 菜刀 菜刀特点是刀厚，较重，质量大。从它的用途来说，它切的东西有大有小，需要的力量较大，它头重把轻，这样挥刀的时候，所产生的惯性也就越大，因为质量大，惯性大，同样，动能也就越大，切起来就容易了。 由于使用要求，它的材料得经久耐用，而且不能生锈，且质量较大，所以一般采用不锈钢作为材料，且该材料较为便宜，经济实惠，同时也方便道具的保存。刀与物体接触的部位所产生的反力延长线到手的距离就是阻力力臂，手就是支点，刀柄和手的接触点到手腕的距离就是动力臂，它是费力杠杆。 下面讨论下压强的关系，毋庸置疑，刀刃都要薄，切东西才锋利，这是利用减小受力面积来增大压强，这边会更容易切。而菜刀的刀背比较厚，受力面积相对刀刃要增大许多，这样即使手按在上面切东西，也不会对手造成伤害，因为受力面积大，从而使刀背的压强小。 同时，用手在刀背上直接按的话，要比用刀柄按的话省力，因为刀的力臂关系所致，直接按的话，力直接由刀全部传给被切的物体，而握刀柄时，动力臂短，所以费力。 1、力的分解、物体压强 刀刃厚度，不管是什么样的刀柄，其设计原理都是将施加在其上的力传递给刀刃，所以外加的力F必会对刀身的两侧壁产生力F1、F2 作用。根据力的平行四边形法则可知两侧壁所受的力的大小为：F1=F2= LF/D，其中D是刀臂的厚，L是刀侧壁的长。刀薄(D小)对两侧壁产生的力就越大。刀薄其实指的是刀的一个必要部位――刀刃，根据Ｐ＝Ｆ/s，当力Ｆ一定时Ｓ越小（即刀刃越薄）则单位面积上的压力就越大，即压强越大越容易切开物体（即刀锐利）。 2、刀柄、刀身的长度 用刀切东西，又涉及到了力矩的原理。切东西时，手腕就成了转动轴。刀把的长短其实间接表明了力臂的大小。力不变，刀把长，力臂就越长，力矩就越大。而要取得同样的切割效果，刀把越长，力臂也越长，所需力也就越小。服装剪和英式铁皮剪，很容易看出铁皮难剪就需要增大力矩，刀柄做得较长，而布料易剪但要剪平整，相反把刀刃做长些，而刀柄较短。普通的单柄刀中比较斧头和片刀，一个刀柄很长而一个较短，目的也是改变动力矩的大小。Ｆ和受力面积S有关，刀刃越薄，压强越大，越容易切割，反之则不易。 3、牛顿第三定律及力矩---反震现象（刀刃使用部位） 单柄刀具，使用还有一个问题——那就是使用过程中会震手。这里涉及到的是牛顿第三定律。用刀者给刀一个作用力，力便会传递到被切物体上，而物体也会给刀继而给手一个反作用力。当刀尖与物体相接触时，力臂较长的其转动效果就更明显，因此就更震手。通过实验，我们可以发现，刀的后半部与物体接触，相对于刀的前半部来说，因其力臂较短，反震就较弱。在研究过程中我们发现有些刀的使用部位在前端（如片刀、西瓜刀等），而有些在后端（如砍肉刀，斩尖刀等），其实是为了减轻反震。当使用后端时力臂较短，反震力矩较小，反震不明显，反之则明显。用力小的刀，通常用前端锋利的刀刃，而用力大的刀（如剁骨刀）则用后端。 *