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刀上的力学知识 转贴

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  • TA的每日心情
    开心
    2018-12-9 09:12
  • 签到天数: 688 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2014-12-29 19:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 xxxxx213641 于 2020-2-16 14:12 编辑

    刀具,
    人们在曰常生活中都接触到,特别是平常都使用的那些,如菜刀、斧头、剪刀等。
    在我们使用的时候,并不一定都知道其中的奥妙,
    为了了解刀具上的力学,我们特地对它们进行了研究,用科学的方法进行了分析,
    以下就是我们研究的内容:

    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。

    4、动量与能量---刀的重量
    在实地观察和动手实验中发现,
    切割不同的物体使用的刀的重量刀身的宽窄也各有不同,
    这里又涉及了一个动量与动能的问题。
    而重量比较大的刀,一般用来切割致密物体,其自身所受重力便能增大对物体的力;
    有些人用刀劈物体会把刀举到一个较高的位置,目地就是得到一个较大的势能,
    根据机械能守恒以获得较大的动能,
    而有些人下刀的速度会特别快,物体也更易切割,这又包涵了动量的知识。
    一般砍肉刀、剁骨刀做得较厚较重,砍肉刀的质量可达3-4斤,斩尖刀的刀背厚达18mm。
    其实这一点也跟动能联系在一起,质量越大,动能也越大,则克服阻力能做的功也越大,越易切割。

    5、摩擦力---刀的平整
    刀的平整与锯齿形的现象也值得注意;
    锯齿形的刀口在切割时增大摩擦力,但同时也会割裂破坏被切物切口的平整,
    因而可看到割麦刀(即镰刀)割麦时求的是速度,即在是取短时间内割完麦子,
    同时麦杆是一种较韧的茎杆,因而镰刀的刀口需锯齿,
    而割草刀则不如此,一般的草茎杆韧度不大,而割草后求的是草面平整,因而割草刀并无锯齿。

    评分

    参与人数 1参与分 +30 收起 理由
    lyylyy79 + 30 同意

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  • TA的每日心情
    无聊
    2014-10-21 21:00
  • 签到天数: 292 天

    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2014-12-29 21:20 | 显示全部楼层
    讲科学
  • TA的每日心情
    开心
    2018-5-4 21:19
  • 签到天数: 497 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2014-12-30 12:01 | 显示全部楼层
    好像没没见过锯齿得镰刀耶。。。。。。。
  • TA的每日心情
    慵懒
    2017-7-4 09:34
  • 签到天数: 552 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2014-12-31 09:46 | 显示全部楼层
    分析得很有道理
  • TA的每日心情
    无聊
    2017-5-31 11:43
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2015-1-5 11:50 | 显示全部楼层
    学习了,不错。。。。
  • TA的每日心情
    开心
    2018-4-24 23:15
  • 签到天数: 1049 天

    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2015-1-8 16:11 | 显示全部楼层
    看着很复杂呀
  • TA的每日心情
    奋斗
    2017-1-17 01:37
  • 签到天数: 100 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-1-12 00:43 | 显示全部楼层
    锯齿形的镰刀一定超级给力!想起了“文官”,哈
  • TA的每日心情
    奋斗
    2017-4-28 12:55
  • 签到天数: 621 天

    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2015-1-26 22:35 | 显示全部楼层
    谢谢分享
  • TA的每日心情
    开心
    2015-7-25 11:00
  • 签到天数: 74 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-1-30 22:31 | 显示全部楼层
    学习了
  • TA的每日心情
    开心
    2015-7-24 17:19
  • 签到天数: 18 天

    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2015-2-14 08:38 | 显示全部楼层
    重心有说道
  • TA的每日心情
    开心
    2017-2-20 17:09
  • 签到天数: 38 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2015-2-16 10:40 | 显示全部楼层
    感谢分享
  • TA的每日心情
    开心
    2015-4-25 03:46
  • 签到天数: 26 天

    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2015-2-18 10:18 来自手机 | 显示全部楼层
    受益匪浅
  • TA的每日心情
    无聊
    2020-8-1 18:49
  • 签到天数: 123 天

    [LV.7]常住居民III

    发表于 2015-2-20 10:55 | 显示全部楼层
    讲的有道理~设计起来有些难吧
  • TA的每日心情

    2015-3-3 16:49
  • 签到天数: 7 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2015-2-22 10:15 | 显示全部楼层
    感谢分享
  • TA的每日心情
    开心
    2016-12-12 00:24
  • 签到天数: 55 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2015-2-23 20:30 | 显示全部楼层
    严重同意啊!
  • TA的每日心情
    开心
    2015-7-24 17:19
  • 签到天数: 18 天

    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2015-2-24 09:54 | 显示全部楼层
    实在是太专业了  看不懂也在看
  • TA的每日心情

    2015-3-3 16:49
  • 签到天数: 7 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2015-2-26 14:21 | 显示全部楼层
    分析得很有道理
  • TA的每日心情
    开心
    2015-6-7 06:52
  • 签到天数: 78 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-2-27 13:24 | 显示全部楼层
    初中物理!!!
    谢谢分享!
  • TA的每日心情
    开心
    2016-11-6 20:12
  • 签到天数: 125 天

    [LV.7]常住居民III

    发表于 2015-2-28 14:57 | 显示全部楼层
    材料力学?

    点评

    没有材料力学的东西 普通的高中物理  发表于 2015-4-30 13:55
  • TA的每日心情
    郁闷
    2016-3-9 11:25
  • 签到天数: 104 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-2-28 15:30 | 显示全部楼层
    悠了悠没明白
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