三力平衡问题解法分析:三力平衡的解法

  共点力的平衡中,三力平衡是静力学的基础。掌握三力平衡的处理方法是十分重要的,下面以一常见习题,简析处理三共点力平衡的常用方法。�   如图1所示,质量为m的小球,分别由绳AO和水平绳BO悬挂在天花板和竖直墙上,当保持悬点O不动,而沿竖直墙向上移动B点时细绳AO、BO的拉力大小各怎样变化?��
  分析该题实质是已知重力的大小和方向及细绳OA拉力的方向,求细绳OA、OB中拉力的大小。�
  1正交分解法�
  解析如图2所示建立直角坐标系,将不在坐标轴上的力沿x轴、y轴方向进行正交分解,再根据物体平衡条件(∑Fx=0,∑Fy=0)列平衡方程式,联立求解。�
  设F1方向与竖直方向成α角,F2(OB′)方向与水平线成β角,把F1、F2进行正交分解,据共点力平衡的分量式列出:�
  2分解法�
  解析根据重力对O点拉力产生的实际效果,可将其分解为沿绳子AO方向的分力F1′和沿B′O方向的分力F2′,F1′和F2′分别与F1和F2相平衡,然后通过解三角形求未知力。如图3利用三角形内角和及正弦定理得:�
  3合成法�
  解析对O点受力分析如图4所示,三个共点力平衡时,任何两个力的合力必与第三个力大小相等方向相反,因此F1和F2的合力与mg大小相等,方向相反,再用三角形内角和公式与正弦定理,所列方程完全同二。�
  4图解法(矢量三角形法)�
  解析三个共点力平衡时以三力为边,可构成一封闭的三角形;三共点力平衡时,任何二力的合力都与第三个力大小相等方向相反,如图5所示,OA与OB的合力OC,组成矢量三角形△OAC,当悬点B竖直向上移动时,矢量三角形依次变为△OA′C、△OA″C、△OA�C……�
  由图可知F2先减小,当F2⊥F1时,F2变到最小,而后继续由小变大,而F1一直变小。可见这种方法比较直观,避免了数学的论证。
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