共點力的平衡中,三力平衡是靜力學(xué)的基礎(chǔ)。掌握三力平衡的處理方法是十分重要的,下面以一常見習(xí)題,簡析處理三共點力平衡的常用方法。
如圖1所示,質(zhì)量為m的小球,分別由繩AO和水平繩BO懸掛在天花板和豎直墻上,當(dāng)保持懸點O不動,而沿豎直墻向上移動B點時細繩AO、BO的拉力大小各怎樣變化?
分析該題實質(zhì)是已知重力的大小和方向及細繩OA拉力的方向,求細繩OA、OB中拉力的大小。
1正交分解法
解析如圖2所示建立直角坐標系,將不在坐標軸上的力沿x軸、y軸方向進行正交分解,再根據(jù)物體平衡條件(∑Fx=0,∑Fy=0)列平衡方程式,聯(lián)立求解。
設(shè)F1方向與豎直方向成α角,F(xiàn)2(OB′)方向與水平線成β角,把F1、F2進行正交分解,據(jù)共點力平衡的分量式列出:
2分解法
解析根據(jù)重力對O點拉力產(chǎn)生的實際效果,可將其分解為沿繩子AO方向的分力F1′和沿B′O方向的分力F2′,F(xiàn)1′和F2′分別與F1和F2相平衡,然后通過解三角形求未知力。如圖3利用三角形內(nèi)角和及正弦定理得:
3合成法
解析對O點受力分析如圖4所示,三個共點力平衡時,任何兩個力的合力必與第三個力大小相等方向相反,因此F1和F2的合力與mg大小相等,方向相反,再用三角形內(nèi)角和公式與正弦定理,所列方程完全同二。
4圖解法(矢量三角形法)
解析三個共點力平衡時以三力為邊,可構(gòu)成一封閉的三角形;三共點力平衡時,任何二力的合力都與第三個力大小相等方向相反,如圖5所示,OA與OB的合力OC,組成矢量三角形△OAC,當(dāng)懸點B豎直向上移動時,矢量三角形依次變?yōu)椤鱋A′C、△OA″C、△OAC……
由圖可知F2先減小,當(dāng)F2⊥F1時,F(xiàn)2變到最小,而后繼續(xù)由小變大,而F1一直變小。可見這種方法比較直觀,避免了數(shù)學(xué)的論證。
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