共点力作用下物体的平衡条件是物体所受的合力为零。
二力平衡:若物体在两个力同时作用下处于平衡状态,则这两个力大小相等、方向相反,且作用在同一直线上,其合力为零,这就是初中学过的二力平衡。
三力平衡:物体在三个共点力作用下处于平衡状态,任意两个力的合力与第三个力等大、反向。
n力平衡:物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时,n个力必定共点,合力为零,称为n个共点力的平衡,其中任意(n-1)个力的合力必定与第n个力等大、反向,作用在同一直线上。
求解方法:
一、分解法
一个物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,将其中任意一个力沿其他两个力的反方向分解,这样把三力平衡问题转化为两个方向上的二力平衡问题,则每个方向上的一对力大小相等。
二、合成法
对于三力平衡时,将三个力中的任意两个力合成为一个力,则其合力与第三个力平衡,把三力平衡转化为二力平衡问题。
三、正交分解法
物体受到三个或三个以上力的作用处于平衡状态时,常用正交分解法列平衡方程求解:Fx合=0,Fy合=0。为方便计算,建立坐标系时以使尽可能多的力落在坐标轴上为原则。
共点力的平衡是指物体同时受到几个力的作用,如果这几个力都作用在物体的同一点,或者它们的作用线延长后相交于同一点,这几个力就叫做共点力。
从牛顿第二定律知道,当物体所受合力为零时,加速度为零,物体将保持静止或者做匀速直线运动,即物体处于平衡状态。因此,在共点力作用下物体的平衡条件物体所受的合外力为零,即∑F=0,若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为:∑Fx=0,∑Fy=0。
解物体的平衡问题的程序是:确定平衡体,作出受力图,正交分解好,定向列方程。
1、确定研究对象,根据题意将处于平衡状态的物体或结点作为研究对象,通常用隔离体法将确定的研究对象从它所处的环境中隔离出来。但有时要将研究对象连同它的关联物一起作为研究系统(整体法),反而运算方便。
2、进行受力分析,作出研究对象的受力图。这一步是解题成败之关键,务必细致周到,不多不漏。(判断分析的力是不是正确,可用假定拆除法和条件法来处理)
3、建立坐标系或规定正方向。如何建立合适的坐标系,要看问题的已知量、未知量而定。原则是要使力与坐标轴的夹角简单而明确,这样可使方程明快。坐标设置不当,会引起需要使用三角中的和差化积、半角倍角公式等运算工具,使计算大为繁冗。一般选未知量的方向为坐标系的正方向为宜,建立坐标系后,把不在坐标轴上的力用正交分解法分解到坐标轴上,并画出其分力的准确图示备用。
4、根据物体平衡的充要条件列出平衡方程组,运算求解。对结论进行评估,必要时对结论进行讨论。
共点力的平衡问题考验大家综合运用力学知识的能力,受力分析是其基础,要多加练习,掌握常考题型的一般解题步骤。考生可以通过历年真题和题库进行巩固掌握。
共点力的平衡条件:物体所受的合外力为零,即∑F=0,若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为:∑Fx =0,∑Fy =0。
物理中的缓慢移动可认为物体的移动速度很小,即要多小有多小,故可认为其移动速度趋于零,因此,习题中出现“缓慢移动”都可理解为物体处于动态平衡状态。
平衡条件推论:
(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等、方向相反,为一对反力。
(2)三力平衡:如果物体在三个力的作用下处在平衡状态,那么这三个力不是平行的话就必共点,而且其中两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反。
根据这个特点,我们求解三力平衡问题时,常用的方法是力的合成法,当然也可以用分解法(包括正交分解)、力的矢量三角形法和相似三角形法等。
(3)多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等、方向相反。
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