探究二力平衡的条件

王海燕

你看过“走钢丝”吗？如图1所示，杂技演员脚底下踩着的那根钢丝，只有晒衣服的绳子一般粗细，演员在这钢丝上，如履平地，自如地做着走、跳、跪、卧等动作，还能跳绳、翻跟斗、跳舞呢.灵活轻捷的表演惊险而又优美，不断赢得观众的阵阵掌声.

像这样物体在几个力的作用下保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说该物体处于平衡状态.使物体处于平衡状态的几个力称为平衡力.当物体在两个力作用下处于平衡状态时，我们就说这两个力相互平衡，简称二力平衡.

物体处于平衡状态，受到两个力的大小有何关系呢？与力的方向是否有关呢？与作用点有关吗？

选极轻的小卡片（重力可忽略不计），系在两对角线的细线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，并通过调整钩码的数量来改变拉力的大小.此时，卡片只受到水平方向两个力的作用.

（1）探究二力平衡与力的大小的关系.小卡片两端通过滑轮分别挂上一个、两个、三个钩码时，卡片依然处于静止状态.当两边所挂钩码不相等时，卡片失去平衡.由此可知二力平衡的条件之一是二力的大小相等.

（2）探究二力平衡与力的方向的关系.小卡片两端挂上相同的钩码，方向相反时，卡片处于静止状态，方向相同时，卡片不能够保持静止状态.由此可知二力平衡的条件之二是二力的方向相反.

（3）探究二力平衡与是否二力在同一条直线上的关系.当小卡片平衡时，小华将小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，就会转过一个角度，不能平衡.由此可知二力平衡的条件之三是二力必须作用在同一直线上.

（4）探究二力平衡与是否作用在同一物体上的关系.当卡片静止时，将小卡片剪成两半，使拉力作用在两个小卡片上，此时卡片失去平衡.由此可知二力平衡的条件之四是二力必须作用在同一物体上.

总结上述实验，二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，这两个力才能平衡.即同体、等值、反向、共线.

活动2 探究二力平衡的应用

做一做：

在弹簧测力计下方挂100g钩码，让弹簧测力计按下列要求运动，观察弹簧测力计的示数.（1）在竖直方向保持静止；（2）在竖直方向匀速运动.

我们会发现，这两种情况下，弹簧测力计的示数都等于钩码的重力大小.由此可见，物体受到平衡力作用时，能保持静止状态或匀速直线运动状态.

想一想：

（1）由物体的运动状态求力：若物体在两个力作用下处于静止或匀速直线运动状态，则二力为一对平衡力，知其中一个力，可求另一个力.

只要物体做匀速直线运动，则物体受的即为平衡力，力的大小与物体运动的速度无关.如：同一个物体以10m/s的速度向上做匀速直线运动和以20m/s的速度向上做匀速直线运动，物体受的拉力都等于物体受的重力.

例如，根据降落伞接近着地时是匀速直线下降的，由此可知空气对降落伞的阻力跟降落伞受到的重力是一对平衡力.

（2）由物体受力情况确定运动状态：若知道物体受到的两个力或多个力为平衡力，则可判定物体或静止或做匀速直线运动.

不管任何物体，要保持平衡，物体的重力作用线（通过重心的竖直线）必须通过支持面（物体与支持着它的物体的接触面）.这样才能满足二力平衡的条件，二力才能在同一条直线上，物体才能保持平衡状态.如果物体重力作用线不通过支持面，这个物体就要倒下来.

根据平衡的道理，走钢丝的杂技演员，始终要使自己身体的重力作用线通过支持面，这支持面就是钢丝.钢丝很细，给人的支持面极小，使身体重心恰巧落在钢丝绳上就很难，身体随时有倒下去的危险.生活的经验告诉我们，当身体摇晃要倒下时，人们往往摆动两臂，使身体重新站稳.两臂的摆动，是在调整重心作用线，使之通过支持面，以恢复平衡.体操运动员在平衡木上，也常常有这样的动作.杂技演员走钢丝，当然也必须伸开双臂左右摆动来调整重心，保持平衡.演员手中还常拿着长长的竹竿，或者花伞、彩扇等，这些物品起着“延长手臂”的作用，是演员帮助身体平衡的辅助工具.