张力

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简介

张力可以是负的，也可以是正的，这种现象完全取决于坐标轴的放置区域。无论向上移动的方向是取负还是取正，张力的平衡方程对于正负方程都将给出相同的结果。

在物理学中，张力是一种由于在物体的一端或多端以方向性方式施加载荷而产生的力。这种产生的力通常被称为物体横截面的张力。

在物理学中，张力是什么意思？

在物理学中，张力指的是沿物体长度方向的力，这种力由柔性物体（如电缆、线或绳索）传递。张力也可以表示为作用在柔性元件（如线、电缆或绳索）每一端的力的作用和反作用对（Sciencefacts，2022）。

如果将绳索视为元件，则除了端点外，绳索的每一部分都会感受到双向的张力。在绳索的情况下，张力会在绳索端点的一侧感受到，而在受到重量吸引的一侧，会感受到力（Pressbooks，2022）。

张力的公式可以表示为

这里，T 是张力并突出显示条件，T= 张力（N 或 kg-m/s²）g = 重力加速度（9.8 m/s²）。

关于张力的常见误解

张力可以被认为是拉力而不是推力。这可以在绳索悬挂在天花板上的情况下看到，其中绳索无法有效地推，并且不被认为具有推力（Phys. libretexts，2022）。

如果试图推绳索，则会导致绳索松弛并失去其所具有的张力。

图 1：张力的概念

人们经常错误地将作用在柔性材料（如线或绳索）上的力说明成错误的方向。因此，务必牢记张力只能拉物体而不能推物体。

什么是张力？

在物理学中，张力被确定为拉力，其中作用在物体上的载荷是轴向的，即作用在其一端或多端。物体被拉开时的应力状态在物理学中称为张力。例如，可以说一根电线连接在天花板上，其下端固定了一个重量（Dewwool，2022）。物体可能经历几种类型的应力，例如剪切应力、拉伸应力和正应力。

图 2：张力

拉伸应力和剪切应力之间的主要区别在于，剪切应力处理的是变形力平行于物体表面施加的情况。拉伸应力处理的是变形力垂直于物体表面施加的情况（Hu 等人，2022）。

张力的例子有：悬索桥、拨动吉他弦、由缆绳悬挂的电梯等等。

张力的计算

张力的公式可以写成以下形式：。张力的单位是 N（牛顿）（Yao 等人，2018）。

如果确定物体的块为 m₁，并且发现它位于水平桌面上，则 m₁ 可以借助滑轮由 m₂ 拉动，如下图所示。

图 3：张力公式

这两个物体块将以加速度 a 运动，根据牛顿第二定律，对于 m₂，m₂a = m₂g - T，对于 m₁，m₁ a = T。为了求解加速度，使用表达式 a = 𝐦₂ g / (m₁+m₂) 。

结论

张力的方向是拉力而不是推力，因此它将沿绳索或线的指向远离物体。对于任何悬挂的柔性物体，如果绳索向上拉物体，它会对物体施加向上的压力，其张力也将在上侧。这里绳索充当力的传递媒介。如果两个物体用同一条绳索连接，则两个物体的张力大小将彼此不同。

常见问题

Q1. 什么是张力？

张力或张力是柔性材料（如绳索、电缆或线）基本上感受到的力。当物体从相对的两端拉动时，主要会感受到张力，它沿着绳索的长度作用，并且与施加的力相反且相等。

Q2. 张力的正确示例是什么？

柔性物体的张力基本上平衡了施加的力。只有在拉动时，力才会通过导线传递，否则在推动导线时，结果将是松弛的。张力的主要示例有：摆锤的悬挂、手表中的弹簧、操场上的秋千、安全带等等

Q3. 如果在绳索的两端施加两个相同的 5 N 的力，则绳索中的张力是多少？

绳索中存在 10 N 的张力。如果绳索在相反的方向上被相同的 5 N 力拉伸，则它将产生 5+5 = 10 N 的张力。

Q4. 张力如何受重力的影响？

张力与重力相反。悬挂的物体必须平衡张力，否则由于重力会向下加速。