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物体的平衡
作者:ftang 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2007-2-12 22:44:14 | 【字体:
平衡】指物体或系统的一种状态。处于平衡状态的物体或系统,除非受到外界的影响,它本身不能有任何自发的变化。在不同的科学领域,它有不同的涵义。

学系统里,平衡是指惯性参照系内,物体受到几个力的作用,仍保持静止状态,或匀速直线运动状态,或绕轴匀速转动的状态,叫做物体处于平衡状态,简称物体的“平衡”。因稳度的不同,物体的平衡分为:稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡三种情况。

平衡状态】处于平衡状态的物体,由于外界某种微小的作用而偏离了平衡状态时,因稳度的不同,物体的平衡状态可分为四种情形:稳定平衡;不稳定平衡;亚稳平衡;随遇平衡。这些平衡状态的区分,应视我们放置该物体的平衡位置而定。

1.稳定平衡:凡能在被移动离开它的平衡位置后,仍试图回复其原来位置(此时其重心比较低)从而恢复到原来的平衡状态的物体,它原来的平衡状态叫“稳定平衡”。例如,圆球体在一个凹进的圆盘中时;一圆锥体以其底面竖立时,都属于稳定平衡状态。

2.不稳定平衡:处于平衡状态的物体,由于受到某种外界微小的作用,如果物体稍有偏离就不能恢复到原来的平衡状态,这种情况叫“不稳定平衡”。例如,当一个圆球体放在一个凸起的圆盘上,或是一个圆锥体,以其尖端竖立在一个平面上,这些物体都处于不稳定平衡状态。翻倒后,一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时,这些物体才会静止不动。即任何微小的运动都能使其重心降低的物体,一定处于不稳定平衡状态之下。

3.亚稳平衡:如果物体在外力作用下,稍有偏离尚可恢复,而偏离稍大就失掉平衡的状态,称为“亚稳平衡”。

4.随遇平衡:如果物体在外界作用下,它的平衡状态不随时间和坐标的变化而改变,这种状态叫“随遇平衡”。例如,当一个圆球体停在一个水平平面上的时候,或是一个圆锥体以其外壳的一条边线与平面相接触,即横向放在一个水平平面上时,都会出现随遇平衡状态。这些物体如被移置到一个新的位置时,虽然它们不能自动地恢复其原来的位置,但它们在新的位置上,却仍能停住不动,其重心之高度,亦保持不变。一般说来,任何微小之运动,既不能将其重心提高,亦不能使其重心降低之物体,一定处于随遇平衡状态之下。

上述几种平衡状态,是处于重力场以及其他有势场的物体在场作用下的平衡情况。处于有势场的物体和场一起具有势能,而物体都有向势能较小位置运动的趋势。稳定平衡是指物体处于势能最小位置,当稍有微小扰动,令其离开平衡位置,外界必须对它作功,势能增加,在扰动后物体将自动回到原来势能最小的位置。所谓不稳定平衡是指物体处于势能最大时的平衡。任何微小的扰动即能引起重力对它作功,势能继续减小,不能再自动恢复原状。而随遇平衡的物体,受到扰动,势能将保持不变,在任意位置可继续保持平衡。在日常生活中对具体问题应具体分析,例如,放在桌上的鸡蛋,对旋转运动来说,是处于随遇平衡状态下;对倾倒运动而言,开始是不稳定平衡,接着则为稳定平衡。

二力的平衡】对一个物体施加两个力,而这两个力同时作用在一条直线上,其力的大小相等方向相反,此物体运动状态不发生任何变化。这时二力的作用互相抵消,这就是二力的平衡。

力学平衡】物体相对于惯性系处于静止或匀速直线运动的状态。

平衡力平衡力系中的任一力称为该力系中其余力的平衡力。

平衡力系】作用于刚体并使它保持力学平衡状态的力系,谓之平衡力系。一个力系为平衡力系的必要且充分条件其一是:力系中各力的矢量和为零,即该力系的主矢为零。其二是:力系中各力对任一点力矩的矢量和为零,即该力系对任一点的主矩为零。

文章录入:ftang    责任编辑:ftang 
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