力作用在剛體上的效應

2021-01-19 聲振之家

來源:力學趣話微信公眾號

今天這個厲害了,樹挪死,人挪活。什麼東西搬來移去的,小編是第一次聽說有「挪」建築物的,而且還不止施行過一兩次。恕小編孤陋寡聞了。大家隨小編一起來見識一下這天秀的操作。


上糧一站(福新第三麵粉廠):漂亮「轉身」——順時針旋轉16°


平移時間:2009年

重量:2000多噸

平移距離:50米

繼2003年上海音樂廳平移成功後,上海又一次對老建築實施大平移矗立於蘇州河畔的原上海市第一糧食採購供應站主樓(原為福新麵粉三廠辦公樓)向西移動了10米,工程平移總長50米,到位後再順時針旋轉16度,施工規模僅次於音樂廳平移。


和當初上海音樂廳平移有所不同的是,此次平移還存在另外一個最大難點——建築物到位後要順時針旋轉16度,此舉是為了到達新址後的老建築能夠令外界的觀賞視角度達到最佳。為使平移後能漂亮「轉身」,平移滑道還要加寬,建築物角上還得安裝多個旋轉軸,對建築物實行「前拉後推」,使建築物得以順時針旋轉。

福新麵粉三廠辦公樓由榮氏家族開建於1916年,為歐洲古典建築樣式,迄今約有90多年歷史,被建築專家稱為「上海民族工業起源和發展的標本」。由於蘇州河畔的光復西路需要拓寬,而該歷史建築正好位於拓寬工程實施範圍內,同時又過於靠近西康路橋而被橋遮擋,令對岸的人們未能完整看到最具歷史感的南立面全貌,此次平移完成後,該建築將更醒目地矗立在蘇州河畔。

——以上摘自東方網上海頻道滾動新聞《玉佛寺大雄寶殿平移 圖說上海7大平移"奇蹟"》正文


可能上述福新麵粉三廠平移還不夠震撼,於2017年9月2日動工的玉佛寺大雄寶殿平移工程,歷時7天2夜,向北方向平移30.66米。

圖片來源:https://dwz.cn/McpaUU3p

諸如這些挪建構物的例子,很多人都理解為推箱子或者推桌子,這不正是力作用在剛體上的力效應的體現嗎?例如上海音樂廳平移就像是推箱子。他們都是怎麼做到的呢?


什麼是做作用在剛體上的力的效應,大家可以想像一下,假如有一個圓盤,力作用在這個圓盤上,那麼會使圓盤產生一個什麼樣的運動狀態的改變?


比如說作用力作用這一點上,力的方向沿著通過圓盤質心,力作用以後,這個圓盤會發生什麼樣的運動呢?圓盤(就像我這個黑板擦一樣,我這樣地給它一個力,這個黑板擦正好通過它的質心)會有這樣一個平移,所以產生的圓盤運動稱為平移。


前提條件是力的作用方向沿水平方向通過圓盤的質心,通過了質心所以剛體就會發生平移運動,平移到下一個位置。

圓盤俯視圖


同樣是這個圓盤,如果給它的力作用點在B點位置,力的大小和方向均保持不變。但是力的作用點是B點位置以後,大家可以想像這個圓盤,會發生一個什麼樣的情況呢?大家可以想到的,這樣一個力作用到圓盤的B點後,它是不是既可能往前走,同時有可能會有這樣一個轉動。


所以我們說在這樣的力的作用下,不但有原來的平移,同時有可能增加了一個轉動,所以作用在剛體上的這個力對這個剛體的運動狀態的改變,最重要的效應就會產生兩個東西——平移加轉動。所以這個力作用在剛體上的效應會有兩個,一個是平移,一個是轉動。


剛體的平行移動:剛體上,任一直線保持與自身原位置平行的剛體運動。


剛體的定軸轉動:剛體上(或其延伸)有一條直線保持不動的剛體運動,這條固定的直線稱為轉軸。


剛體的平面運動:剛體上各點到某固定平面的距離保持不變的剛體運動,(剛體平面運動可分解為平動和轉動)。


剛體的定點運動:如剛體內(或其延伸)有唯一固定點的剛體運動,這時剛體上除固定點以外的所有點,分別在以該固定點為中心的同心球面上運動。



參考資料:

杜慶華— —《工程力學手冊》



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