一.三力平衡条件的推论:

推论1.三力汇交原理:物体在共面的三个非平行力作用下处于平衡状态时,这三个力的作用线相交于同一点,或者说有两个力的作用线交于一点,第三力的作用线必然通过这一点。

推论2.闭合三角形原理:物体在共面的三个非平行力作用下处于平衡状态时,这三个力的矢量箭头首尾相接构成闭合三角形。

二.三力平衡的解题步骤:

1.选取研究对象

2.对研究对象进行受力分析并作出受力示意图

3.运用推论2构造力的矢量三角形

4.解三角形

解三角形的典型思路有三种:①分割成直角三角形(或本来就是直角三角形);②利用正、余弦定理;③利用力学矢量三角形和某空间位置三角形相似。这里主要讨论第③种情况。

三.例题:

例一.光滑半球固定在水平面上,球心O的正上方有一定滑轮,一根轻绳跨过滑轮将一小球从如图所示的A位置开始缓慢上拉。试判断:在此过程中,绳子的拉力T和球面支持力N怎样变化?

相似三角形之杠杆平衡题 用相似三角形求解三力平衡问题(1)

解:以小球为研究对象,小球受到重力G,绳的拉力T和半球面对其的支持力N的作用,小球沿半球面缓慢上移过程中可以认为小球处于平衡状态,故G、T、N构成如图所示的矢量三角形,此三角形跟ΔO’OA相似。在A点上移过程中,ΔO’OA的OO’边和AO边的边长保持不变,O’A边的边长在减小,矢量三角形的的G边也保持不变。,所以拉力T在减小,支持力N不变。

相似三角形之杠杆平衡题 用相似三角形求解三力平衡问题(2)

例二.如图所示,一个重量为G的小球套在竖直放置的、半径为R的光滑大环上,另一轻质弹簧的劲度系数为k ,自由长度为L(L<2R),一端固定在大圆环的顶点A ,另一端与小球相连。环静止平衡时位于大环上的B点。试求弹簧与竖直方向的夹角θ。

相似三角形之杠杆平衡题 用相似三角形求解三力平衡问题(3)

解:以上球为研究对象,其受力情况为:重力G、弹簧的拉力F和圆环的支持力N。因小球处于

相似三角形之杠杆平衡题 用相似三角形求解三力平衡问题(4)

平衡状态,故G、F、N构成如图所示的灰色矢量三角形,容易判断,图中的矢量三角形和空间位置三角形ΔAOB是相似的,所以:

相似三角形之杠杆平衡题 用相似三角形求解三力平衡问题(5)

,