三力平衡问题的图解方法

朱丽媛

在中学物理学习过程中，要掌握好力学问题，就要解决好力的平衡状态。对于三力平衡，一般根据“任意两个力的合力与第三个力等大反向”的关系，借助三角函数、相似三角形等手段求解，或将某一个力分解到另外两个力的反方向上，得到的这两个分力势必与另外两个力等大、反向。本文我们来用三力平衡作图法来解决一些物理问题。在大量的三力物体的平衡问题中，最常见的是已知两个力，求第三个未知力。

定理：如果一个物体受到三个不平行外力的作用而处于平衡状态，若其中两个力的作用线或他的反向延长线相交，则该物体所受的第三个力（未知）的作用线必定通过上述两个力的作用线的交点。

因此，我们可以根据几何关系来确定力的方向（夹角）最后可采用力的合成、力的分解、正交分解等数学方法求解。

定理应用：如图1：一质量均匀分布的杆通过铰链固定于竖直墙的C点，AB为一轻绳，若绳子的拉力T与重力mg交于O点，则铰链对杆CB的作用力必过O点。因为一个物体处于平衡状态，则，F合=0，M合=0，以任意点为轴，如图，如果F不过O点，则M合≠0（以O点为轴），则物体不能处于平衡状态，与已知条件相矛盾，则必过O点。

例1如图2，mg的筷子，放在光滑的半圆型的碗中，处于静止状态，筷子与水平线的夹角为α，求A点和B点处碗对筷子的支持力F与T的大小？

解： T，F与mg这三个力必定交于同一点O′，如图，其矢量三角形如图所示，依弦定理有：

例2重量为G的圆柱，如图3，欲在A点施加一个力使其缓慢滚上高度为h=R/2的台阶，已知O点粗糙，求A点施力的最小值是多少？圆柱对O点的作用力是多少？解： 如图，欲使F最小，则F应垂直于AO，且G，T，F三个力必交于A点，构成矢量三角形，如图，则F=Gsin30。=G/2； T=Gcos30。= G/2 思考：若该题的力的作用点不限定在A点而是圆柱的任意点，则最小的作用力又是多少？