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【第8.02讲】势均力敌的平衡力

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上一讲，我们留了一个问题。根据牛顿第一定律，不受力的物体，总保持静止或匀速直线运动状态。但现实生活中我们看到，很多物体受到力的作用，也能保持静止或匀速直线运动状态。这又是怎么回事呢？今天我们就一起来解答这个问题。

现实生活中，完全不受力的物体，根本不存在。所以要想实际应用牛顿第一定律，还需要进一步延展它的内涵。

咱们想象一下拔河比赛的场景，如果参加拔河的双方势均力敌，力量刚刚好一样大。此时，系在绳子中间的那根红线会怎样？是不是会保持静止啊？

咱们再找一个例子，放置在桌面上的一本书，如果对这本书进行受力分析，它静止时受到的力有两个：重力和桌面对书本的支持力。这两个力是什么关系？它们也像拔河的两个力一样，互相抵消了。所以书本才静止在桌面上。

类似的例子还有在平直的铁轨上做匀速直线运动的列车，天花板上悬挂的吊灯等等。

这些例子中的物体，同时受到了几个力的作用，这些力的作用效果相互抵消，表现出来的结果和牛顿第一定律所说的“不受力的物体”是一样的，即保持静止或匀速直线运动状态。

物体受到几个力作用时，如果这几个力的作用效果相互抵消，物体保持静止或匀速直线运动状态。此时，我们就说这几个力相互平衡。静止或匀速直线运动状态也被称为“平衡状态”。

可见，物体保持平衡状态的条件有两种情形：一种是牛顿第一定律所说的，不受力的情形；另一种情形是所受的力互相平衡。

注意，“保持静止”不能理解成“速度为0”，比如竖直向上抛出一个小球，当小球达到最高点时，它的速度为0。但可惜它并不能保持这一状态，下一个瞬间它又开始下落了。所以小球在最高点，虽然速度为0，但并不是平衡状态。

二力平衡是力的平衡中最简单的情形。从上面的例子我们不难总结出，二力平衡的条件有4点：同体、等大、反向、共线。同体，即两个力要作用于同一个物体。等大，两个力大小相等。反向，就是方向相反。共线，是指两个力处于同一条直线上。

必须注意，这4个条件必须同时满足，缺一不可。

满足平衡条件的两个力，其作用效果相互抵消，也可以理解成是力的合力为0。

下面我们来探究二力平衡条件的应用。

1.利用二力平衡条件求力

我们在用弹簧测力计测量物体所受的重力时，认为测力计的拉力的大小即是物体的重力的大小，为什么呢？这就是运用了力的平衡条件。因为拉力和重力是一对平衡力，它们同体、等大、反向、共线。

同理，放在桌面上的书本，受到竖直向下的重力和桌面对它的竖直向上的支持力，二力平衡。若已知书本所受的重力，就能知道支持力的大小。

悬挂着的吊灯，受到竖直向下的重力和吊绳对它竖直向上的拉力，二力平衡。

在水平铁轨上做匀速直线运动的列车，在水平方向受到向前的牵引力和向后的阻力，二力平衡；在竖直方向，列车受到向下的重力和向上的支持力，二力平衡。

这些平衡力，若知其一，必知其二。

2.根据物体的受力情况，判断物体的运动状态

物体不受力，运动状态保持。

物体受平衡力，运动状态保持。

物体受非平衡力，运动状态改变。

这就是力和运动的关系，我们通过分析物体的受力情况，就可以判断出它对应的运动状态。

平衡力和相互作用力很容易混淆，你一定要注意区分。

它们最大的区别是受力物体，一对相互作用力是分别作用于相互作用的两个物体上的，而一对平衡力是作用于同一个物体上的。相互作用就是A对B施力的同时，B也对A施力，它们没有先后，没有主次，同时存在，同时变化，同时消失。一对平衡力中的两者，可以同时出现，也可以不同时出现。

如果一个力产生的效果与某两个力产生的效果完全相同，我们就把这个力叫另外两个力的合力。同一直线上的两个力，如果方向相同，它们的合力等于两者相加之和；如果方向相反，合力等于两者之差，当然是较大的力减去较小的力，合力的方向与较大的力的方向相同。

例如，一个氢气球匀速上升，受到竖直向上的空气的浮力F，竖直向下的重力G，还有阻碍气球运动的空气阻力f，阻力的方向也是竖直向下。因气球处于平衡状态，这三个力一定相互平衡，其关系为F=G+f。

再例如，在水平铁轨上做匀速直线运动的列车，它受到两对平衡力，在竖直方向上是重力与支持力，在水平方向上是牵引力和阻力。如果列车开始加速前进，则水平方向的牵引力一定大于阻力，水平方向不再是平衡力。但竖直方向的重力和支持力仍然是平衡力，它并不受水平方向的影响。

【小结一下】

物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，这几个力就是平衡力，物体处于平衡状态。

二力平衡的条件是：同体、等大、反向、共线。即：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反，并且处于同一直线上。

平衡力与相互作用力最大的区别在于，平衡力是作用于同一个物体上的一对力，相互作用力是分别作用于两个物体上的一对力。

【思考题】

一本书放在静止的火车车厢的桌面上，书本始终相对于车厢静止，书本所受的重力和支持力相互平衡。

如果火车做匀速直线运动，书本所受的力还是平衡力吗？

如果火车加速前进，书本所受的力还是平衡力吗？

好，今天就到这儿吧，再见！