捕鼠笼的结构 捕鼠笼的杠杆原理
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捕鼠笼的杠杆原理
想一想:捕鼠笼能以高速把门关闭,但触发的力量却很小。它不但应用杠杆原理,更巧妙地装置弹簧的施力点,使它的力臂配合捕鼠的目的。
捕鼠笼和捕鼠夹都是杠杆原理的应用,其构造如图所示。
捕鼠笼的杠杆原理是怎样的?
弹簧以强大的力T拉着笼门。但是,由于T与笼门的转动轴线十分接近,也就是力臂(arm offorce)a很短,故笼门转动的力矩(moment)不太大,等于T×a。这时,门顶的杠杆l被另一杠杆m压着,不能弹回。设压力为P,则笼门的两端所受的力矩为:
[begin{array}{l}P times b = T times a\P = frac{a}{b}Tend{array}]
又m杆一方面受门的压力P作用,一方面受n杆的钩扣着,扣力为F,由杠杆原理得:
[begin{array}{l}F times c = P times d\F = frac{d}{c}Pend{array}]
(1)代入(2)得:
[F = frac{{ad}}{{cb}}T]
当老鼠以拉力t拉动n杆时,n杆顶所受力摩擦力f为:
[f = mu F = frac{{mu ad}}{{cb}}T]
当n杆被老鼠拉动时,由杠杆原理得:
[begin{array}{l}t times s = f times e\t = frac{e}{s}f = frac{{mu ade}}{{cbs}}Tend{array}]
由图可见,a<b,d<c,e<s,即(3)式分子的几段长度都比分母的短,且μ亦为小数,故老鼠所需的触发力t比笼门的弹力T小得多。
当捕鼠笼尚未被触发时,力臂a很短。但当笼门转动之后,a就迅速增长,关门的力矩也随着增大,最后弹力的力臂增长至A,故有足够大的力矩以抵抗老鼠夺门而出。这就是捕鼠笼巧妙的也方。
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