探究二力平衡的條件

王海燕

你看過“走鋼絲”嗎？如圖1所示，雜技演員腳底下踩著的那根鋼絲，只有曬衣服的繩子一般粗細，演員在這鋼絲上，如履平地，自如地做著走、跳、跪、臥等動作，還能跳繩、翻跟斗、跳舞呢.靈活輕捷的表演驚險而又優美，不斷贏得觀眾的陣陣掌聲.

像這樣物體在幾個力的作用下保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，我們就說該物體處于平衡狀態.使物體處于平衡狀態的幾個力稱為平衡力.當物體在兩個力作用下處于平衡狀態時，我們就說這兩個力相互平衡，簡稱二力平衡.

物體處于平衡狀態，受到兩個力的大小有何關系呢？與力的方向是否有關呢？與作用點有關嗎？

選極輕的小卡片（重力可忽略不計），系在兩對角線的細線分別跨過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛上鉤碼，并通過調整鉤碼的數量來改變拉力的大小.此時，卡片只受到水平方向兩個力的作用.

（1）探究二力平衡與力的大小的關系.小卡片兩端通過滑輪分別掛上一個、兩個、三個鉤碼時，卡片依然處于靜止狀態.當兩邊所掛鉤碼不相等時，卡片失去平衡.由此可知二力平衡的條件之一是二力的大小相等.

（2）探究二力平衡與力的方向的關系.小卡片兩端掛上相同的鉤碼，方向相反時，卡片處于靜止狀態，方向相同時，卡片不能夠保持靜止狀態.由此可知二力平衡的條件之二是二力的方向相反.

（3）探究二力平衡與是否二力在同一條直線上的關系.當小卡片平衡時，小華將小卡片轉過一個角度，小卡片兩端的拉力就不在一條直線上，就會轉過一個角度，不能平衡.由此可知二力平衡的條件之三是二力必須作用在同一直線上.

（4）探究二力平衡與是否作用在同一物體上的關系.當卡片靜止時，將小卡片剪成兩半，使拉力作用在兩個小卡片上，此時卡片失去平衡.由此可知二力平衡的條件之四是二力必須作用在同一物體上.

總結上述實驗，二力平衡的條件是：作用在同一物體上的兩個力大小相等、方向相反，作用在同一條直線上，這兩個力才能平衡.即同體、等值、反向、共線.

活動2 探究二力平衡的應用

做一做：

在彈簧測力計下方掛100g鉤碼，讓彈簧測力計按下列要求運動，觀察彈簧測力計的示數.（1）在豎直方向保持靜止；（2）在豎直方向勻速運動.

我們會發現，這兩種情況下，彈簧測力計的示數都等于鉤碼的重力大小.由此可見，物體受到平衡力作用時，能保持靜止狀態或勻速直線運動狀態.

想一想：

（1）由物體的運動狀態求力：若物體在兩個力作用下處于靜止或勻速直線運動狀態，則二力為一對平衡力，知其中一個力，可求另一個力.

只要物體做勻速直線運動，則物體受的即為平衡力，力的大小與物體運動的速度無關.如：同一個物體以10m/s的速度向上做勻速直線運動和以20m/s的速度向上做勻速直線運動，物體受的拉力都等于物體受的重力.

例如，根據降落傘接近著地時是勻速直線下降的，由此可知空氣對降落傘的阻力跟降落傘受到的重力是一對平衡力.

（2）由物體受力情況確定運動狀態：若知道物體受到的兩個力或多個力為平衡力，則可判定物體或靜止或做勻速直線運動.

不管任何物體，要保持平衡，物體的重力作用線（通過重心的豎直線）必須通過支持面（物體與支持著它的物體的接觸面）.這樣才能滿足二力平衡的條件，二力才能在同一條直線上，物體才能保持平衡狀態.如果物體重力作用線不通過支持面，這個物體就要倒下來.

根據平衡的道理，走鋼絲的雜技演員，始終要使自己身體的重力作用線通過支持面，這支持面就是鋼絲.鋼絲很細，給人的支持面極小，使身體重心恰巧落在鋼絲繩上就很難，身體隨時有倒下去的危險.生活的經驗告訴我們，當身體搖晃要倒下時，人們往往擺動兩臂，使身體重新站穩.兩臂的擺動，是在調整重心作用線，使之通過支持面，以恢復平衡.體操運動員在平衡木上，也常常有這樣的動作.雜技演員走鋼絲，當然也必須伸開雙臂左右擺動來調整重心，保持平衡.演員手中還常拿著長長的竹竿，或者花傘、彩扇等，這些物品起著“延長手臂”的作用，是演員幫助身體平衡的輔助工具.