從紙的兩端施力,彎一張紙,為什麼不會彎成半圓?

時間 2021-05-30 17:31:11

1樓:相簿裡的喵

因為你的姿勢不正確(霧)。

如果你在兩邊施加純彎矩,就是弧形了。這是材料力學的姿勢。

(當然由於你是用手彎,而手指和紙的接觸面積相比於紙厚很大,所以這附近不是圓的,而遠處是弧形,即所謂的聖維南原理的姿勢。)

2樓:齊天大聖

我從受力的平衡相圖出發來解答這個問題:

設你彎曲的紙從側面來看線密度為λ,總長度為S

則:對每乙個dS微元,它受重力λgdS,這在相圖上表示為豎直指向下的乙個小向量。這個微元不僅受重力作用,還受它左右兩側的微元對它的支援力作用,這三個力(重力,兩個支援力)構成受力三角形,從而微元平衡。

再設你在紙張兩段施加給紙張的力是對稱的(要不然怎麼都不可能為半圓),其水平豎直分量如圖,豎直分量大小均為λgS/2

根據牛頓第三定律,微元間相互的支援力作用是等大反向的,則:每乙個微元的受力三角形可以組合為如圖所示的受力平衡相圖。

我又標出了θ角(任意乙個微元收到的支援力是它的夾邊),這個角,即為微元兩側受到兩支援力方向的夾角。

那麼,我在相圖上不同的位置取相同的若干微元,它們對應的重力小向量相同,均為λgdS,但是,不同的位置處相同長度的小線段(長度為dS),它們對應的θ角是不同的(這一點是顯然的,越接近中間那條虛線的小線段對應的θ是越大的)這就決定了紙張一定不是半圓

因為,如果紙張是半圓,那麼,紙上每乙個微元λgdS,它收到的兩側支援力方向夾角是不會隨著其在紙上所處位置的改變而改變的,這與上述內容相矛盾,不可能發生。

於是乎得證哉!

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