在自然界和日常生活中，物體的平衡是最常見的現(xiàn)象之一。高高聳立的巖石、婀娜多姿的平衡鳥、體育比賽中平衡木上的運(yùn)動員等，都處于平衡狀態(tài)；現(xiàn)代高聳入云的廣州塔，以及形式各樣的斜拉橋等，都利用了物體平衡的原理。
雜技的平衡之美——藝術(shù)的創(chuàng)造
建筑的平衡之美——人類的智慧
自然界中物體的平衡構(gòu)成了一道道奇異的景色，生活中物體的平衡構(gòu)成了一幅幅美麗的畫卷，體育競技和雜技表演給我們展示的平衡是藝術(shù)的創(chuàng)造，而由物體的平衡原理制成的技術(shù)產(chǎn)品也在改變著我們的生活和周圍的世界。
圖甲、乙、丙、丁分別畫出了重力為G的木棒在力F1和F2的共同作用下處于平衡狀態(tài)的情況，這些力都位于同一平面內(nèi)。根據(jù)每幅圖中各個力作用線的幾何關(guān)系，可以把上述四種情況的受力分成兩類，你認(rèn)為哪些情況屬于同一類？你是根據(jù)什么來劃分的？
如果幾個力作用在物體的同一點(diǎn)上[如圖(a)所示，或者幾個力的作用線相交于同一點(diǎn)[如圖(b)所示]，這幾個力就稱為共點(diǎn)力。
為了明確表示物體所受的共點(diǎn)力，在作力的示意圖時，可以把這些力的作用點(diǎn)畫到它們作用線的公共交點(diǎn)上，如上圖所示。物體處于靜止或者保持勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)。物體如果受到共點(diǎn)力的作用且處于平衡狀態(tài)，就叫作共點(diǎn)力的平衡，為了使物體保持平衡狀態(tài)，作用在物體上的力所必須滿足的條件，叫作共點(diǎn)力的平衡條件。
二力平衡是指物體在兩個共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，其平衡條件是這兩個力的大小相等、方向相反，作用在同一直線上。
一個懸掛著的燈籠的受力情況如圖所示F=G，力F，G的合力為零。
如果物體受到三個不在一條直線上的共點(diǎn)力的作用，怎樣才能保持平衡?
取一個匯力圓環(huán)、三根一端帶小鉤的細(xì)繩、三個彈簧測力計(jì)，將三個小鉤都鉤在匯力圓環(huán)上。
(1) 如圖1所示，分別將彈簧測力計(jì)連接在三根細(xì)繩的末端，使匯力圓環(huán)在三根細(xì)繩的拉力作用下與平板上的定位圓重合。
(2) 用鉛筆在平板上記下這三個拉力的大小和方向。
(3) 在平板上用力的圖示法畫出這三個力 F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3 ，如圖2所示。(4) 用力的平行四邊形定則作出F1，F(xiàn)2的合力F，如圖3所示。比較F與F3的大小和方向。作出F2，F(xiàn)3的合力F’，如圖4所示，或者作出F1，F(xiàn)3的合力 F”，如圖5所示，然后將合力與另外一個力進(jìn)行比較。
(5) 在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下，改變?nèi)?xì)繩的拉力大小和方向，重復(fù)上述步驟。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你能否歸納總結(jié)物體在三個共點(diǎn)力作用下的平衡條件。
大量的實(shí)驗(yàn)表明，物體受多個共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)時，其平衡條件是所受合力為零。
共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件在社會生產(chǎn)生活實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用，下面分析兩個具體的例子。
例題1：在圖中，小球重3 N，光滑斜面的傾角 α為 30°。求斜面及豎直放置的擋板對小球作用力的大小。
分析：以小球?yàn)檠芯繉ο?，小球受到斜面對它的作用力F1、擋板對它的作用力F2和重力 G 這三個力的作用。根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件， F1和F2的合力 F 的大小與重力 G 的大小相等。
解：對小球的受力分析如圖所示。由幾何關(guān)系，得
即斜面對小球的作用力的大小為 3.5 N，擋板對小球的作用力的大小為 1.7 N。

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第六節(jié) 共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用

版本： 粵教版 (2019)

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