力三角形法在三力平衡问题中的应用 在静力学中,经常遇到在力系作用下处于平衡的物体其所受诸力变化趋势判断问题.这种判断如果用平衡方程作定量分析往往很繁琐,而采用力三角形图解讨论则清晰、直观、全面.我们知道,当物体受三力作用而处于平衡时,必有∑F=O,表示三力关系的矢量图呈闭合三角形,即三个力矢量(有向线段)依次恰好能首尾相接.当物体所受三力有所变化而又维系着平衡关系时,这闭合三角形总是存在而仅仅是形状发生改变.比较不同形状的力三角形各几何边、角情况,我们对相应的每个力大小、方向的变化及其相互间的制约关系将一目了然.所以,作出物体平衡时所受三力矢量可能构成的一簇闭合三角形,是力三角形法的关键操作
三力平衡的力三角形判断通常有三类情况. 一、三力中有一个力确定,即大小、方向不变,一个力方向确定
这个力的大小及第三个力的大小、方向变化情况待定 例1 如图1 所示,用细绳通过定滑轮沿竖直光滑的墙壁匀速向上拉 动 , 例2 则拉 力F 和 墙壁对球 的支 持 力N 的变化情况如何
分析与 解 以球 为 研 究 对象 ,在平衡时受重 力,绳上的拉 力及墙壁 对球 的支 持 力,三力关系可由 一系列 闭合的矢量三角形来 描 述
其中重 力为 确定力,墙壁对球 的支 持 力为 方向确定力, 如图2,取 点 O 作表示 重 力的有向线段① ,从 该 箭 头 的端 点 作支 持 力N 的作用线所在射 线② ,作从 射 线② 任 意 点 指 向O 点 且 将图形封 闭成三角形的一系列 有向线段③ 它 们就 是绳子 拉力矢量
用曲 线箭 头 表示变化趋势,从 图中容 易 分析 图1 图2 绳子拉力不断增大,墙壁对球的支持力也不断增大,因上升的过程中图中角度θ在不断增大 例 2 如图3 装置,AB 为一轻杆在 B 处用铰链固定于竖墙壁上,AC 为不可伸长的轻质拉索,重物W可在 AB 杆上滑行