力对物体的转动作用决定于力矩的大小,力矩越大,力对物体的 转动作用越大。

力矩的单位是由力和力臂的单位决定的。在国际单位制中,力矩的单位是牛米,符号是 N·m。

力矩的平衡 力矩可以使物体向不同的方向转动。如图 8-7 中力 F1 的力矩 M1 使杠杆向逆时针方向转动,力 F2 的力矩 M2 使杠杆向顺时针方向转动。如果这两个力矩的大小相等,杠杆将保持平衡,这是我们在初中学过的杠杆平衡条件,是力矩平衡的最简单的情形。

实验表明(图 8-8),如果有多个力矩作用在有固定转动轴的物体上, 当所有向顺时针方向转动的力矩之和等于所有向逆时针方向转动的力矩之和时,物体将保持平衡。

如果把向逆时针方向转动的力矩定为正力矩,向顺时针方向转动的力矩定为负力矩,则上述结果可表述为,所有力矩的代数和为零时,物体将保持平衡。

有固定转动轴的物体的平衡条件是力矩的代数和等于零。即M1+M2+M3+⋯⋯=0,

或者 M 合=O。

【例题】如图 8-9 所示,一根均匀直棒 OA 可绕轴 O 转动,用水平力 F

=10 牛作用在棒的 A 端时,直棒静止在与竖直方向成 30°角的位置。直棒有多重?

分析和解答 直棒是有固定转动轴的物体。使它发生转动的力矩有两个,一个是水平力 F 对轴 O 的力矩 M1,另一个是直棒所受重力 G 对轴 O 的力矩 M2。M1 是使直棒向逆时针方向转动的正力矩,M2 是使直棒向顺时针方向转动的负力矩。均匀直棒的重心在直棒的中点 C。设真棒的长度为

l,M1=F1cos30°,M 2

l

=G 2 sin30°。

由力矩的平衡条件 M 合=0 有

M1-M

解出 G 并代入数值,得

=Flcos30° − l

2 2

2F cos30 °

°=0。

G= sin 30 °

=34.6牛。