平衡问题物体处于静止或匀速运动状态,称之为平衡状态
平衡状态下的物体是高中物理中重要的模型,解平衡问题的基础是对物体进行受力分析
物体的平衡在物理学中有着广泛的应用:在静力学中有单体平衡、多体平衡;在电磁学中也有很多内容涉及平衡问题,如带电粒子在电、磁场中的运动、电磁感应中的收尾速度等等,都可能用到物体平衡知识
一、平衡态物体的特点:⑴ 平面共点力作用下的物体受到的合外力为零
如果物体仅受三个力,则任意两力的合力与第三力大小相等、方向相反
合外力为零,意味着物体受到的诸力在任一方向上的分力的矢量和为零,因而常用正交分解法列平衡方程
形式为:⑵ 有固定转动轴物体的平衡,其合力矩为零,即 M 合=0
它表示使物体顺时针转动的力矩等于使物体逆时针转动的力矩
二、平衡状态研究方法平衡态问题的研究方法,从研究对象的选取看,有整体法和隔离体法;从具体的求解过程看,有定量计算法(解析法)和定性分析法;从定量计算法的运用数学知识看,又分为相似三角形法和正弦、余弦定理及直角三角形的边角关系等方法
定性分析法,因不要求定量计算,一般采用图示法(力三角形法或平行四边形法)
另外还有常见的假设法、正交分解法等经典例题五根细线连接如图,BE、CF 两根细线下端分别系有重物 P、Q
静止时 AB 段恰好水平,BC 段跟水平方向的夹角 α 和 CD 段跟竖直方向的夹角 β 均为 30º
已知重物 P的重量为 G1=30N
求:⑴ AB 段细线对结点 B 的拉力大小 F1;⑵重物 Q 的重量 G2;⑶ CD 段细线对结点 C 的拉力大小 F2
00yxFFαBEACDβPQF300G600ABCFAyxFCFB分析与解答:⑴以 B 点为对象,共点力平衡,用平行四边形定则求 AB 绳的拉力为 30N,同时可以求出 BC 线上的拉力为60N
⑵ 以 C 点为对象,共点力平衡,做出相应的平行四边形