关于一般物体的平衡

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/09 19:14:55
为什么一般刚体的平衡条件是∑F=0且∑M=0,而当物体平衡时,又为什么∑M=0方程的转轴可根据需要任意选取?一般物体的平衡跟共点力作用下物体的平衡和有固定转轴物体的平衡有什么不同?同样都是描述物体的平衡,为什么会有不同的条件,那平衡的定义到底是什么?
请各位回答的得具体一点啊,如何证明这些问题?到底什么是平衡,这3种平衡的条件不一样,但为什么都是平衡?我准备上新高二,请各位解释得通俗一点,谢谢大家了~最好都有证明

1、一般刚体的平衡条件是∑F=0且∑M=0,没错。
这里的M是在选定一定的支点O的条件下表述的,假如我们取另一个O',∑F=0同样满足,你担心的可能主要是∑M'=0是否仍然成立。
(证明:因为Mi=Fi×ri,现在变成 M'i=Fi×(ri-oo'),∑M'i=∑Fi×(ri-oo')=∑M-(∑Fi)×oo'.
由于其中∑Fi=0,所以∑M'i=∑Mi=0)

可见平衡时,选取o和o'都得到∑M=0,所以o的选取是任意的。
2、共点力作用下物体的平衡,可以看成是上面的一种特殊情况。
因为共点力对那个点的力矩为零,所以∑M=0,故只需考虑∑F=0了。
3、固定转轴物体,也是1的一种特殊情况。
一般刚体在空间是自由运动的,而你给他固定一个轴后,多了一个约束,那么他就少了自由度。
它的转动方向就固定了,原先的M有三个方向,现在只有一个方向了。分析平衡时,只需转轴方向的M分量满足∑M=0即可。

综上,1是一般情况,2、3是1的特例,分析2、3时就不用1那样了,于是有更简便的平衡条件。

注意:鉴于你是高中生,上面的证明中用到叉乘×符号,你可能看不懂,那部分我用括号括起来的,可以不看。你知道那个意思即可。

这里涉及到自由度的问题啊
一般的刚体在空间中有六个自由度,就需要六个独立的方程来约束
共点力的物体自由度只有3个,即只有空间的平动自由度而没有转动的自由度,所以不需要力矩平衡的条件,因为已经满足了。
定轴转动的物体自由度有2个。
至于∑M=0方程的转轴可根据需要任意选取,是因为在刚体上,力偶(力矩)是可以随便平移的,对刚体上任意一点取矩都是可以的。

转轴的改变对∑M的值没有改变
通过定义式很容易证明的