刚体平衡条件
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刚体是指在空间内不会形变的物体。在物理学中,刚体平衡是指位于刚体平面上的力和力矩之和均为零。
刚体平衡条件包括两个方面,即平衡力条件和平衡力矩条件。
一、平衡力条件
平衡力条件即是指所有合力为零,使刚体静止或做匀速直线运动。在平衡状态下,刚体上所受的重力、支持力、摩擦力、弹性力等合力为零。
例如,一个位于水平面上的圆形木板,当不受外部力作用时,则其处于静止状态,合力为零,即:重力与支持力相等,而且方向相反,即为Fg=Fs。另外,如果在一条直线上存在多个力,则它们的代数和等于零,即F1+F2+F3+…+Fn=0。
二、平衡力矩条件
平衡力矩条件即是指力矩的合为零,使刚体在平衡状态下不发生转动。在平衡状态下,刚体所受的力矩和必须均衡,即:物体重心处所受的力矩和所有力的力矩和相等。
例如,当一个刚体位于平衡状态时,可以按照固定点计算所有的力矩和。当所有的力矩和为零时,刚体可以保持平衡。如图所示,一个质量为m的物体,位于平衡状态下,所有的力矩之和为FL×L−FR×R=0。。其中,L和R分别代表距离重心位置的左/右边距离,FL和FR分别代表左/右边所受的力,力矩为F×L(单位:牛顿•米)。
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