Question

木块运动受到的拉力和摩擦力不是共点力，为什么能二力平衡？

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Answer 1

物体的平衡条件是合力和合成力矩都为零，而不是只有合力的平衡。在这个题目中，木块的平衡在于地面上的支撑力并没有我们想象中的分布均匀。下面，我详细分析一下。

1.问题分析

如下图所示，物体上有四个力，即拉力f、摩擦力Fs、重力g和支撑力Fn。其中，支撑力Fn为集中简化力。显然，一个物体在水平和垂直方向上的力是可以平衡的，即G=Fn，F=Fs。但是这四种力量并不共同，那么这种非共同的力量体系是如何平衡的呢？

2.力系分类

为了理解这个问题，首先我们需要知道，力系根据其受力特点可以分为以下三类：

相交力系统(平面、空间)所谓相交力系统，是指物体上的所有力相交于同一点的共点力系统。

力偶系统(平面、空间)力偶系统是一种特殊的力系统，由两个平行且不共线的同向力组成。

任何力系(平面、空间)都是任意的，除了相交系和偶系，这意味着作用在物体上的力是完全不规则的。

3.力系统的平衡条件

物体的平衡条件只有一个表达式，如下图所示。即合力为零，合成力矩也为零。合力为零表示物体不运动，合力为零表示物体不转动。

对于以上三种力系，相交系统的平衡方程只有零合力，力偶系统的平衡方程只有零合力，而任何力系都是完全保留的。

4.非共点力Balance  ——任意力系统

在题目中，木块上的力是典型的任意力系。其平衡方程由上述两组组成。在平面问题的前提下，这两组方程可以化为三个，通常是两个力和一个力矩。力是平衡的，任何学过物理的人都知道。但是扭矩平衡从何而来？

如上图所示，由于外力作用在物体的上端，在这个外力的作用下，物体必然有向左图中黄线方向旋转的趋势。但是实际物体并不是真的旋转，所以一定有反扭矩对着它。这个力矩来自于地面的支撑力。

原来地面上的支撑力不是均匀分布的，而是图中右边大左边小，呈线性分布。非均布载荷的合力明显靠近大侧，从而形成相对于质心的反向力矩，平衡外力f产生的力矩。

5.摘要

我相信我已经非常详细地回答了这个问题。物体之所以能平衡，是因为地面上的支撑力分布不均匀。