扫把能立起来是哪天,扫把能立起来

扫把能立起来的物理原理是什么,一道物理题?
扫把能立起来的物理原理是:扫帚能够稳定站立 , 主要因为力学中的受力平衡 , 只要扫帚所受的合外力为0 , 扫帚就可以保持原有运动状态不变 。
物理中的受力平衡包括三种:
1、稳定平衡 。受到扰动后依旧能回到原来的平衡位置 。
2、不稳定平衡 。受到扰动后 , 系统会放大这种扰动 , 从而加速偏离平衡位置 。
3、随遇平衡 。随遇而安 , 哪个位置都可平衡 。
扩展资料
扫把立起来的方法:
我们小心把扫帚横放、竖放 , 耐心寻找就能找到它的重心 , 通常它位于扫帚的底部 。加上如果扫帚是新的 , 扫帚毛又直又硬 , 与地面的接触面积就更大了 , 更容易找到扫帚的重心和支点 。因此所谓的扫帚挑战 , 其实只是考验你寻找重心的能力和耐心 。
扫帚为什么能立起来?这其中有什么科学道理?
下面 , 我们就从力学的角度来讨论力学原理 。
1.起源
昨晚的扫把风暴源于一张来历不明的截图 , 如下 。也就是说 , NASA说这一天(2.11)是地球引力的特殊日子 , 是扫帚唯一能站起来的一天 。
事实上 , 大家一看就明白 , 扫帚能不能站起来 , 跟NASA说的地球的特殊引力没有关系 。稍微懂点力学就能明白 , 扫帚之所以能直立 , 在于扫帚本身的结构 。NASA再也受不了了 , 出来说:这只是一个基本的物体现象 , 每天都可以重复 。
事实上 , 目前整个网络上已经出现了大量的解析文本或视频 。他们的解释是众所周知的原因:重心在接触面 。但是 , 这个解释太粗糙了 。这种解释毕竟只是日常生活经验的总结 , 远没有上升到理论层面 。
2.特别重力?
众所周知 , 地球的运动其实有点复杂 , 公转和自转同时进行 。那么 , 2月11日 , 地球是否处于一个特殊的位置 , 从而使地球上的引力进入一个特殊的状态?首先2月11日排除自转的影响 , 大概率是地球公转的引力影响 。
这里我们必须给出重力公式如下 。g是引力常数 , m和m是两个物体的质量 , r是它们之间的距离 。这个表达式告诉我们 , 引力只和MMR有关 , 因为G是常数 。
对于地球上的物体 , 如扫帚 , 它们的质量是恒定的 。因此 , 影响因素是m和R.地球本身的质量不变 , 唯一可能的影响是其他天体的引力 , 比如太阳和月亮 。而扫帚不到1kg , 扫帚到太阳或月亮的距离是108000英里 , 所以它们的影响可以忽略不计 。简单来说 , 地球上物体的引力是由地球本身支配的 。这其实排除了公转对引力的影响 。
另外 , 地球其实是一个不规则体 , 地球上每个点的半径r其实是不一样的 。因此 , 根据万有引力公式 , 同一物体在每一点的引力值都会不同 。而地球的平均半径为6371km , 地表的起伏对最终重力值影响不大 。至此 , 我们可以判断2月11日地球引力完全没有特殊性 。
3.平衡和稳定
既然地球引力没什么特别的 , 也就是说 , 你其实随时都可以架起扫帚 。所以 , 我不禁要问 , 扫把是怎么站起来的?在分析这个扫帚之前 , 我们先简单介绍一下基本力学原理 。上图是“平衡”的技术 。有一群人对平衡非常敏感 , 可以根据奇怪的角度堆叠物体 。看似不可能 , 其实符合力学原理 。
所谓平衡 , 其实不仅仅是物体的合力等于零 , 它只是条件之一 。另一个合成力矩等于零 , 这也是必须满足的条件 。我们通常说物体平衡时 , 只说两个力平衡 , 这是不准确的 。
平衡可以分为三种情况 , 如上图 。显然第一个球不稳定 , 会掉下来 。而第二个球是稳定的 , 总是回到原来的位置 。第三个球到处都是平衡的 。上面显示的平衡技术和垂直扫帚是不稳定的平衡 。
4.平扫帚分析
正如其他人所说 , 扫帚能够直立的一个直观原因是它的重力作用线穿过接触面 。但这只是经验总结 , 远不是一个很深的力学理论 。
扫帚竖起后 , 受力如上图 。很简单 , 只是重力和地面支撑 。在这两个力的作用下 , 扫帚的合力和力矩都为零 , 所以可以保持平衡状态 。
上图蓝色是扫帚和地面的接触面 , 里面的叉子是重力的作用线 。只有当重力作用线位于接触面时 , 地面向上的支撑力才能形成一对相互抵消的力矩 。如果重力作用线在外面 , 地面上向上的力形成的力矩缺少另一个力矩来平衡 。这是扫帚不能失灵的机械原理 。
因此 , 扫帚的重心非常重要 。扫把由扫把头和扫把杆组成 , 其中扫把头质量较重 。所以站起来之后 , 整个重心更靠近扫把头 。正好满足重力作用线通过接触面的要求 。
了解了原理之后 , 我们再来分析扫把头 。因为扫帚头毕竟比较软 , 不能直观的支撑直立的扫帚 。普通扫帚头是毛毛-shaped塑料制成的 。虽然很薄 , 但也有一定的刚性 , 这样就可以用一定的刮力清洗 。扫帚头毛毛上的力如上所示 。这种略微扩大的毛毛实际上略微增加了接触面积 , 这更有利于平衡 。因此 , 只要扫帚头的毛毛整体向外扩张 , 而不是凹陷 , 那么扫帚就可以很容易地竖立起来 。
5.摘要
2月11日扫帚的引力和其他日期一模一样 , 没有任何特殊性 。
平衡的原因是扫帚能站起来(合力和力矩都为零) 。
为了实现扫帚的平衡 , 扫帚头的毛毛必须是直立的或向外延伸的 , 而不是凹形的 。
扫把为什么能立起来?
一个物体是不是可以立起来 , 其实完全是由物体自身决定的 。我们知道 , 物体只要越重 , 或者越宽 , 就越有可能站立起来 。这当中并没有引力这个相关因素的影响 , 因为地球引力的变化相对于一个扫把来说影响并不大 。
如果想要让扫把立起来 , 我们就需要看一下扫把的重心 。我们知道 , 扫把的重心是更靠近扫把的底部(扫把头的这一端) 。




如果我们想要让扫把立起来 , 就需要给扫把的重心找一个支撑 , 有了支撑 , 扫把就可以立起来 。如果非要说的简单一点 , 我们可以这么去理解 , 尽可能地降低扫把的重心 , 让大部分的重量尽可能地集中在扫把底部(扫把头这一端) , 而且确保扫把是笔直的 , 还是放在足够平整的地面上 , 然后让扫把头的刷毛张开 , 就可以实现扫把立起来 , 这个过程复杂的主要不是原理 , 更多的是耐心 。
扫把为什么会立起来
扫帚??为什么能立起来?
这个问题最近刷爆了一波朋友圈子 。为什么会这样?我们不妨反问:“普遍意识下 , 我们认为扫帚不能立起来吗?”
看到没有 , 是因为这一问题可能处于临界点附近 , 模棱两可 , 让我们将信将疑 。桌子啊 , 椅子啊 , 茶杯啊很容易立起来 , 是不是?鹤立鸡群啊 , 擎天一柱啊这样的形象让我们相当怀疑 , 是不是?尤其是 , 如果外部环境条件有了微小的变化 , 我们更有理由怀疑了——抱着实践出真知的态度 , 必须要去验证一下啊 。
扫帚??立起来了
其实这种逻辑思维 , 是很好的 。说明国人的科学精神已经开始慢慢建立起来了 。
同理 , 这次扫帚可以立起来 , 据传是因为NASA提出的万有引力的变化 。但是后面已经辟谣 , NASA并没有相关报道 。事实上 , 地球引力因素在这个问题里面 , 引起的变化微乎其微 。
自由落体运动
这让我想起来一个很有趣的问题:
(上海物理模拟题)有一只熊掉到一个陷阱里,陷阱深19.617米 , 下落时间正好2秒 。求熊是什么颜色的?
A:白色 , 北极熊
B:棕色 , 棕熊
C:黑色 , 黑熊
D:黑棕色 , 马来熊
E:灰色 , 灰熊

如果你知道答案 , 欢迎评论区留言 。
提示:自由落体运动是初速度为零加速度为g的匀加速直线运动 。
自由落体运动的加速度是个常量 , 称为重力加速度 , 用g来表示 。矢量 。
(1)方向:总是竖直向下
(2)大小:通常取
①同一地点 , 一切物体的重力加速度g都相同 。
②不同地点 , g值有微小差别——随着纬度的增加而增加 , 如两极最大 , 赤道最小;随着海拔高度的增加而减少 , 如距地面越高 , g值越小 。
地球重力加速度
下面我们继续分析扫帚问题 , 以工程结构为例 , 分析一二 。
静平衡
经典力学认为 , 物体平衡需要满足条件:
平衡条件
上式表明 , 物体合力以及合力矩同时为零 , 则物体对该点既不运动 , 也不转动 。
当然 , 还有一个前提条件 , 就是上述物体是刚体(弹性模量无穷大) 。
典型的例子 , 比如低层建筑 , 我们一般不会担心它会倒塌(转动) , 但是随着高度的增加 , 我们就有足够理由 , 担心它会倒塌 。
高层建筑
为什么会这样?
因为 , 随着高度的增加 , 建筑物绕支座(基础)的力矩(弯矩)急剧增大 。
高层建筑受力特点
荷载
建筑高度与工程造价的关系
随着房屋高度(H)的增加 , 房屋的侧移以4次方的关系增大 , 因此 , 房屋的抗侧移刚度(EI)成为决定高层建筑结构方案应考虑的主要因素 。
同理 , 关于扫帚为什么能立起来?因为我们担心它会倒 。那么 , 只要我们骚气的操作(摆弄)一番 , 就可以找到这个平衡状态 , 保证扫帚的主动力矩(地球重力)和被动力矩(地面支持力)代数和为零 。于是 , 它就立起来了 。
“扫地僧”
假设我们轻轻推一下 , 或许它就到了 , 这说明水平力影响很大 。这在高层建筑结构设计方面同样如此 。目前世界上最高的建筑是沙特阿拉 , 吉达的王国大厦 , 高度1007;其次是阿联酋 , 迪拜的哈利法塔 , 高度828米 。
世界高层建筑
这些超高层建筑 , 我们尤其担心它的倒塌问题 。而倒塌的主要原因:水平荷载 。具体来说 , 就是风荷载和水平地震波荷载 。再具体的话 , 就涉及到更多复杂的问题了 。
动平衡
动力学里面 , 我们认为物体匀速直线运动也是平衡状态 。此处 , 原理同上 。除此之外 , 还有一些并不是真正意义上的平衡问题 , 例如转子动平衡 。
转自动平衡模型
由于转子材料的不均匀、制造的误差 , 结构的不对称等诸多因素 , 使转子存在不平衡质量 。因此 , 当转子旋转后 , 就会产生离心惯性力F组成一个空间力系 , 使转子动不平衡 。要使转子达到动平衡 , 则必须满足空间力系的平衡条件:
转自动平衡条件
如果满足以上力学平衡条件 , 我们就可以理解为转子达到动平衡 。
在工程上 , 工作转速低于第一阶临界转速的转子称为刚性转子 , 大于第一阶临界转速的转子称为柔性转子 。由于转子作高速旋转运动 , 所以需要平衡 。静平衡主要用于平衡盘形转子的惯性力 。
动不平衡
上图为三类转子不平衡状态 。
当转子固有频率与不平衡激振力的频率重合时(临界转速) , 产生共振 , 转子挠曲增至最大 。
转子挠曲临界转速是转子出现最大挠曲时的转速 , 转子这种挠曲变形远比轴颈振动显著;恒态(刚性)转子振型临界转速是轴颈出现最大振动时的转速 , 轴颈的这种振动远比挠曲变形显著 。
动挠度曲线的形状和弯曲程度随转速而变化 , 当转速接近某临界转速时 , 该振型分量最大 。所以 , 在某临界转速下运行时 , 转子的挠曲变形主要是该挠曲主振型 , 其它振型分量是次要的 , 这就是振型可以分离原理 。
刚性转子的动平衡可以通过通用平衡机来平衡惯性力和惯性力偶 , 消除转子在弹性支承上的振动 。柔性转子的平衡比较复杂 , 从原理上区分 , 有振型平衡法和影响系数法两类 。
转子平衡机
综上所述 , 通过改变相关因素 , 可以使转子平稳转动 。
总结
无论是静平衡还是动平衡 , 我们研究它 , 掌握其规律 , 使其更好的服务人类 。想想我们坐在汽车里面 , 不希望它颠簸的得太厉害吧 。
科学规律一直在我们身边 , 运行了千年 , 我们揭示它 , 认识它 , 让人类更从容的立于天地之间 , 安于苍穹宇宙 。

扫把为什么也会立起来呢?地球引力也“春困秋乏”吗?


到底是什么消息呢?
原来 , 据某位网友说:NASA公布消息 , 地球引力一般在春天的时候最小 。因此 , 在最近这段期间 , 我们家里的扫把很容易立起来 。
厉害了 。
地球引力真的也和人一样 , “春困秋乏” , 春天就“没劲儿”了吗?
于是我去NASA的官网看了一眼 。
啥也没看到 。
咋地 , 地球引力太小 , 这条消息飞了?


原来 , 这只是美国的一个笑话 , 说是“引力在春天的时候最小” , 而不是NASA的官方消息 。
NASA“诚不欺我” , 因为“欺我”的不是NASA……
当然了 , 这件事本身无可厚非 , 大家玩一玩乐一乐 , 其实挺好的 , 这也的确让留在家里的我们多了一点小小的乐趣 。
对我来说 , 任何有趣的事 , 都是科普的好机会 。如果我们所有的科普都可以通过这样有趣的事来进行和完成 , 我相信全国的科学素养都能上一个台阶 。
好了 , 如果不是季节让扫帚立起来 , 那是谁让它立起来呢?


它自己 。
显然 , 扫帚本身就是一个很轻的棍子加上大量的扫帚毛 。因此 , 它本身就有点类似于不倒翁一样“脚重头轻” 。所以 , 只要你摆放得好 , 它就能立起来 , 和季节没有关系 。
其实换个角度来想 , 就明白了:如果引力真的和季节有关系 , 那么岂不是你春天比秋天要轻?当然 , 人的体重会变 , 难道你家里的其他物品 , 春天也比秋天轻?
如果是这样的话 , 我会选择开一个公司 , 春天的时候大量进口 , 然后秋天的时候卖出去 , “利用重力差赚钱” 。美滋滋 。
当然 , 这是不可能的 。


不过 , 有趣的是 , 历史上真的有过“重力差”导致进口出问题的情况 , 或者说小故事 。有个人 , 曾经托朋友从北极附近的挪威运一批重1000吨的货物 , 送到赤道附近的一个非洲国家 。可是 , 运到非洲的时候 , 就出问题了:货物变轻了 , 只有992.5吨 。
两个人为此争执不下 , 甚至反目成仇 , 闹到了法庭 。法官听了双方的陈述 , 觉得两个人都很厚道 , 并不像是贪便宜的小人 。
那么 , 到底是谁“偷了”货物呢?
地球引力 。
我们知道 , 两个物体之间的引力与二者的质量成正比 , 质心距离的平方成反比 。既然要算重量 , 而货物没被偷 , 说明货物和地球的质量都没变 。变的 , 是距离 。比如航天员 , 距离地球很远 , 所以能飘起来 。在地球上 , 也会有引力上的差别 。


原来 , 地球说是“球” , 其实并不标准 。地球的极半径要比赤道半径小一点 , 所以和赤道附近相比 , 挪威距离地球的地心更近一点点 。这个距离平时我们感受不到 , 但是1000吨的货物感受得到 。当它来到赤道 , 距离地心变远后 , 受到的引力就会变小 , 于是就“少”了7.5吨 。
因此 , 涉及到跨纬度的贸易或者运输等问题时 , 就不能简单地衡量重量了 。在物理上 , 重量和质量 , 也就分开来成为了两个概念 。
也因此 , 某些饮料的计量单位 , 是毫升或者升 , 而不是克(当然 , 这个是我猜的……) 。
所以说 , 地球引力的大小和季节无关 , 最多就是和你所处的位置有点关系 。当然 , 对于我们这种小质量的“物体” , 这种重量的差别也是微乎其微的 。
如果你真的觉得自己家的扫帚立不起来 , 要不然 , 你就考虑去北极试试吧 , 那里才是真的引力小一点 。或者你去北极或者南极附近的高山上 , 引力还要更小一点 。
当然了 , 与其大老远去北极立扫帚 , 倒不如打磨打磨自己的“技术” 。如果你的计算过硬 , 即使不去两极 , 也能立起扫帚 。别说扫帚 , 有些大神 , 什么都能立起来 , 比如……
【扫把能立起来是哪天,扫把能立起来】

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