普考申論題
108年
[天文] 普通物理學概要
第 一 題
📖 題組:
如下圖所示,用 a, b, c 三根等長的木棒支撐一重量為 M g 的圓型桌面,木棒位於桌面的邊緣,a 與 b 相隔 90°角,b 與 c 相隔 120°角(a 與 c 相隔 150°角)。(每小題 10 分,共 20 分)
如下圖所示,用 a, b, c 三根等長的木棒支撐一重量為 M g 的圓型桌面,木棒位於桌面的邊緣,a 與 b 相隔 90°角,b 與 c 相隔 120°角(a 與 c 相隔 150°角)。(每小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題
小題 (一)
以圓桌中心為支點,定性畫出每根木棒分別給予桌面的力矩向量。
思路引導 VIP
- 看到力矩作圖題,先從定義式 $\vec{\tau} = \vec{r} \times \vec{F}$ 出發,確立 $\vec{r}$(由圓心向外)與 $\vec{F}$(垂直向上)的方向,利用右手定則判斷出力矩必在桌面上且與半徑垂直。
- 題目要求「定性畫出」,除方向外亦考驗「長度比例」。圓桌處於不轉動的靜力平衡(合力矩為零),可運用拉密定理(Lami's Theorem)推導出各力矩的相對大小,使作圖更具說服力。
小題 (二)
每根木棒分別的支撐力為何?
思路引導 VIP
解這類剛體平衡問題,第一步先想到「合力為零」與「合力矩為零」兩大靜力平衡條件。可以透過將桌面中心設為原點並建立直角坐標系,寫出各支點的位置向量與力矩分量,藉此輕鬆將複雜的幾何角度轉化為聯立方程式進行求解。