二力平衡为什么要共线(三力平衡及共线平行力平衡)

在通常情况下,建筑结构都在地面上处于静止不动的状态,相对于地球静止,并称这种状态为平衡状态。在力学上把物体相对于地球静止或作匀速直线运动的两种状态叫做平衡状态。因为在这两种情况下,物体的加速度都等于零,物体受到的力完全一样。比如,用吊车起吊柱子,当匀速起吊时,绳索所受的拉力T就等于柱子的重量W,即T=W,吊运的物体处于平衡状态,如果T>W,柱子产生向上的加速度,如果T<W,柱子产生向下的加速度,平衡状态就成为不可能。

如果作用在物体上的二力使物体维持平衡,则此二力必须大小相等,方向相反,作用在同一直线上。这就是二力平衡条件。二力平衡时,其合力必定为零。二力平衡条件是力系(作用于同一物体上的一组力)的二力平衡中的两力和作用力与反作用力中的两力虽然都具有大小相等、方向相反、作用线相同的关系,但不要把二者混淆起来。作用力与反作用力是沿着同一直线分别作用在两个物体上的力,根本谈不上相互平衡。而二力平衡是二力作用在同一物体上,才有互相平衡的关系。

根据二力平衡原理和力的平行四边形法则,我们可以引出一个推论:当物体受三个互不平行力作用而处于平衡时, 这三力的作用线必定相交于一点。这就叫三力平衡原理。

当一个物体受多个共线力作用,其平衡条件又是什么呢?显然应使所有向左〈或向上的力与所有向右(或向下)的力相等时,物体才会处于平衡。

即∑x=0〈或∑y=0)规定一个特定方向作用力为正,那么相反方向的作用力则为负值,保证平衡状态时合力为零。

上式表明,物体在初等于其共线力系的作用下的平衡条件为备力沿作用线方向的代数等于零。假如不考虑平衡状态,平移共线作用力到指定点,并附加力偶,在其他方向产生力的分量,该方向产生加速度,与物体匀速运动或静止运动不符,所以在平衡状态力的作用点平移不需要外加力偶。

二力平衡为什么要共线(三力平衡及共线平行力平衡)(1)

平行力的平衡

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