的平衡向量是一个相对部,所产生的矢量,因此能够平衡的系统的,因为它具有相同的幅度和相同的方向,但是相反的方向给它。
在许多情况下,平衡矢量是指力矢量。要计算平衡力,请首先找到合力,如下图所示:
图1.两种力作用于一个物体,其合力由绿松石色的力平衡。资料来源:自制。
有多种方法可以完成此任务,具体取决于您手头的数据。由于力是矢量,因此合力就是参与力的矢量和:
F R = F 1 + F 2 + F 3 +…。
使用的方法包括图形方法(例如多边形,平行四边形)和分析方法(例如将力分解为笛卡尔分量)。在该图的示例中,使用了平行四边形方法。
一旦找到合力,平衡力就是相反的向量。
如果F E是平衡力,那么满足F E在某一点施加,可以保证系统的平移平衡。如果是单个粒子,它将不会移动(或者可能以恒定速度移动),但是如果它是扩展对象,它将仍然具有旋转的能力:
F R + F E = 0
例子
到处都有平衡力量。我们自己可以通过椅子施加的力量来平衡体重。静止的物体:书籍,家具,吸顶灯和大量的机械装置,一直在受力平衡。
例如,静止在桌子上的书本可以通过施加在书本上的法向力来平衡,以防止书本掉落。将灯固定在房间天花板上的链条或电缆也会发生同样的情况。承受负载的电缆通过其张力分散重量。
在流体中,某些物体能够漂浮并保持静止,因为它们的重量受到液体施加的称为推力的向上力的平衡。
需要通过了解平衡力矢量来平衡各种机制,例如杆,梁和柱。
使用磅秤时,有必要通过增加重量或使用弹簧来平衡物体的重量和相等的力。
力表
力表在实验室中用于确定平衡力。它由一个圆形平台组成,在该平台上您可以看到该图的俯视图,并具有一个量角器以测量角度。
桌子的边缘有滑轮,固定重物的绳索穿过这些滑轮,并汇聚在中间的一个环中。
例如,两个重物被悬挂。这些重物在琴弦中产生的拉力在图2中用红色和蓝色绘制。第三个重物用绿色可以平衡其他两个重物的合力并保持系统平衡。
图2.力表的顶视图。资料来源:自制。
借助力表,可以验证力的矢量特性,分解力,找到平衡力并验证拉米定理:
图3.拉米定理适用于并发力和共面力。资料来源:维基共享资源。
解决的练习
-练习1
225克(蓝色张力)和150克(红色张力)的砝码挂在图2的测力表上,并显示了角度。找到平衡力的值及其与垂直轴的夹角。
图4.锻炼力表1。
解
可以使用以克(力)表示的重量来解决该问题。令P 1 = 150克且P 2 = 225克,每个的各自成分为:
P 1x = 225。cos 45克= 159.10克; P 1y = 225。cos45ºg = 159.10 g
P 2x= -150。sin 30克= -75.00克; P 2y = 150。cos30ºg = 129.90 g
通过代数添加以下分量,可以得出所得的权重P R:
P Rx = 159.10-75.00 g = 84.10 g
P Ry = 159.10 + 129.90 g = 289.00 g
平衡权重P E是与P R相反的向量:
P Ex = -84.10克
P Ey = -289.00克
平衡重的大小可通过以下公式计算:
P E =(P Ex 2 + P Ey 2)1/2 =((--84.10)2 +(-289.00)2)1/2克= 301克
图中的角度θ为:
相对于负y轴,θ= arctg(-84.10 / -289.00)=16.2º。
-练习2
知道每个正方形的边长为10 m,找到图中所示系统的平衡矢量。
图5.工作示例图2。
解
该网格中包含的矢量将根据确定平面的单位和正交矢量i和j表示。表示为v 1的矢量1的大小为20 m,并垂直向上指向。它可以表示为:
v 1 = 0 i +20 j m
从图中可以看出向量2为:
v 2 = -10 i -20 j m
向量3是水平的,指向正方向:
v 3 = 10 i + 0 jm
最后,向量4倾斜45º,因为它是正方形的对角线,因此其分量的大小相同:
v 4 = -10 i + 10 j m
请注意,这些符号表示组件位于轴的哪一侧:上方和右侧带有+号,而下方和左侧则带有-号。
通过将component添加到component来获得结果向量:
v R = -10 i + 10 j m
那么系统的平衡向量为:
v E = 10 i- 10 j m
参考文献
- Beardon,T.,2011年。媒介简介。从以下位置恢复:nrich.maths.org。
- 贝德福德(Bedford),2000年。A.工程力学:静力学。艾迪生·韦斯利(Addison Wesley)。38-52。
- Figueroa,D。系列:科学与工程物理。第1卷,运动学,第31-68页。
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- Hibbeler,R.2006。《工程师力学》。静态的 第6版。大陆出版公司。15-53。
- 向量加法计算器。从:1728.org恢复
- 向量。从以下站点恢复:wikibooks.org