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三点剖析
共点力作用下的物体的平衡条件
平衡状态实质上是指加速度为零的状态而不是指速度为零,静止状态是指速度为零,且加速度为零,而速度为零,可能是静止状态,也可能是物体做变速运动过程中的一个瞬时状态,此状态加速度不为零,则不是平衡状态.因此静止的物体一定处于平衡状态,但速度为零的物体不一定处于平衡状态.
静止和速度等于零不是一回事,物体保持静止状态,说明v=0,a=0,两者同时成立;若仅是v=0,a≠0,如竖直上抛运动到最高点的物体,此时物体并不能保持静止,上抛到最高点的物体并非处于平衡状态,所以平衡状态是指加速度为零的状态,而不是速度为零的状态.
当物体在多个共点力作用下处于平衡状态时,其中任何一个力跟其余力的合力是一对平衡力,所以,它们必然大小相等、方向相反,作用在同一直线上
求解力平衡问题的两种方法
1.正交分解法
(1)选择研究对象:根据题目要求,选取某平衡体(整体或局部)作为研究对象.
(2)画出研究对象的完整的受力分析图,注意不要多力和少力.
(3)列方程:以减少力的分解个数,让尽量多的力落在坐标轴上为原则建立相互垂直的x、y轴,将各力分别分解到x、y轴上,运用两轴上合力为零,列方程
Fx=0,Fy=0.
2.力的三角形法
(1)选择研究对象:根据题目要求,选取某平衡体(整体或局部)作为研究对象.
(2)画出研究对象的完整的受力图:平移力,画出力的三角形.
(3)列方程:根据正、余弦定理列出力的关系方程或由几何关系分析三角形的变化,从而推断力的大小、方向的变化.
(4)作出平衡体的受力封闭三角形,据某些力的变化、判断另一些力的变化,将非常简捷方便.
平衡的种类和稳度
稳定平衡:物体受到外力的微小扰动而偏离平衡位置时,在重力作用下能自动回到平衡位置,继续保持平衡状态的平衡.
不稳平衡:物体受到外力的微小扰动而偏离平衡位置,它的重心降低,在重力的作用下不能回到平衡位置而失去平衡状态的平衡.
随遇平衡:物体受到外力的微小扰动而偏离平衡位置,物体的重心既不升高也不降低,始终保持平衡状态的平衡.
各个击破
【例1】 降落伞和人共重G,在静止的空气中是匀速直线下降的,现由于受到自东向西的风的影响,降落伞最终与水平方向成60°角斜向下做匀速直线运动,求此时所受的空气阻力.
解析:当降落伞在静止的空气中匀速竖直下降时,处于平衡状态,空气阻力F与重力G等值反向,当受到自东向西的风的影响时,首先要弄清什么是风力?什么是空气阻力?从力的本质上讲,风力和空气阻力都是物体与空气发生相互作用的结果,因而只有物体与空气又相对运动时才有这种力的作用.开始时风对伞有自东向西的水平推力,使伞的水平速度增大,进而又导致风对伞的水平推力减小,当伞的水平速度增大到与风的速度相等时,推力为零.在竖直方向上降落伞相对于空气向下运动,因此伞仍是只受重力和空气阻力作用,依平衡条件得:F=G.