淺談高中物理物體的平衡條件是怎樣的
力是物體對物體的作用,是物體發生形變和改變物體的運動狀態(即產生加速度)的原因。力是矢量。
1物體的平衡狀態
物體保持靜止或勻速運動狀態。
說明:這里的靜止需要兩個條件,一是物體受到的合外力為零,二是物體的速度為零,僅速度為零時物體不一定處于靜止狀態,如物體做豎直上拋運動達到最高點時刻,物體速度為零,但物體不是處于靜止狀態,因為物體受到的合外力不為零。
1共點力作用下物體的平衡條件
物體受到的合外力為零。即F合=0
說明:①物體受到N個共點力作用而處于平衡狀態時,取出其中的一個力,則這個力必與剩下的(N-1)個力的合力等大反向。
②若采用正交分解法求平衡問題,則其平衡條件為FX合=0,FY合=0.
1重力
(1)重力是由于地球對物體的吸引而產生的。
[注意]重力是由于地球的吸引而產生,但不能說重力就是地球的吸引力,重力是萬有引力的一個分力。
但在地球表面附近,可以認為重力近似等于萬有引力
(2)重力的大小:地球表面G=mg,離地面高h處G/=mg/,其中g/=[R/(R+h)]2g
(3)重力的方向:豎直向下(不一定指向地心)。
(4)重心:物體的各部分所受重力合力的作用點,物體的重心不一定在物體上。
1彈力
(1)產生原因:由于發生彈性形變的物體有恢復形變的趨勢而產生的。
(2)產生條件:①直接接觸;②有彈性形變。
(3)彈力的方向:與物體形變的方向相反,彈力的受力物體是引起形變的物體,施力物體是發生形變的物體。在點面接觸的情況下,垂直于面;
在兩個曲面接觸(相當于點接觸)的情況下,垂直于過接觸點的公切面。
①繩的拉力方向總是沿著繩且指向繩收縮的方向,且一根輕繩上的張力大小處處相等。
②輕桿既可產生壓力,又可產生拉力,且方向不一定沿桿。
(4)彈力的大小:一般情況下應根據物體的運動狀態,利用平衡條件或牛頓定律來求解。彈簧彈力可由胡克定律來求解。
胡克定律:在彈性限度內,彈簧彈力的大小和彈簧的形變量成正比,即F=kx。k為彈簧的勁度系數,它只與彈簧本身因素有關,單位是N/m。
1摩擦力
(1)產生的條件:①相互接觸的物體間存在壓力;③接觸面不光滑;③接觸的物體之間有相對運動(滑動摩擦力)或相對運動的趨勢(靜摩擦力),這三點缺一不可。
(2)摩擦力的'方向:沿接觸面切線方向,與物體相對運動或相對運動趨勢的方向相反,與物體運動的方向可以相同也可以相反。
(3)判斷靜摩擦力方向的方法:
①假設法:首先假設兩物體接觸面光滑,這時若兩物體不發生相對運動,則說明它們原來沒有相對運動趨勢,也沒有靜摩擦力;若兩物體發生相對運動,則說明它們原來有相對運動趨勢,并且原來相對運動趨勢的方向跟假設接觸面光滑時相對運動的方向相同。然后根據靜摩擦力的方向跟物體相對運動趨勢的方向相反確定靜摩擦力方向。
②平衡法:根據二力平衡條件可以判斷靜摩擦力的方向。
(4)大小:先判明是何種摩擦力,然后再根據各自的規律去分析求解。
①滑動摩擦力大小:利用公式f=μFN進行計算,其中FN是物體的正壓力,不一定等于物體的重力,甚至可能和重力無關。或者根據物體的運動狀態,利用平衡條件或牛頓定律來求解。
②靜摩擦力大小:靜摩擦力大小可在0與fmax之間變化,一般應根據物體的運動狀態由平衡條件或牛頓定律來求解。
1用平衡條件解題的方法
(1)力的三角形法
物體受同一平面內三個互不平行的力作用平衡時,這三個力的矢量箭頭首尾相接,構成一個矢量三角形;反之,若三個力矢量箭頭首尾相接恰好構成三角形,則這三個力的合力必為零。利用三角形法,根據正弦定理、余弦定理或相似三角形等數學知識可求得未知力。
(2)力的合成法
物體受三個力作用而平衡時,其中任意兩個力的合力必跟第三個力等大反向,可利用力的平行四邊形定則,根據正弦定理、余弦定理或相似三角形等數學知識求解。外語
(3)正交分解法
將各個力分別分解到x軸上和y軸上,運用兩坐標軸上的合力等于零的條件,多用于三個以上共點力作用下的物體的平衡。值得注意的是,對x、y方向選擇時,盡可能使落在x、y軸上的力多;被分解的力盡可能是已知力,不宜分解待求力。
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