平衡力是全部存在、但合力为零的一组力。没有力,则是指根本没有任何力作用。两种情况下,物体都保持原来的速度,所以单看匀速运动,你分不出是哪一种。
这一课为力与动量的核心部分收尾。它依赖计算合力和 F = ma,因为合力为零就意味着加速度为零。
为什么这个概念常被混淆?
日常经验告诉我们,东西不继续推就会慢下来。那是因为摩擦力和空气阻力在作用。一旦把这些力画进图里,情形就不同了。
请记住这条规则:合力改变速度;合力为零,速度不变。 静止的物体保持静止。运动的物体继续以相同的速度、沿相同的方向运动。
怎样判断是哪一种情况?
- 画出受力图,方法见画受力图。
- 把力带符号相加,方法见合力那一课。
- 判断合力。 如果为零,力就是平衡的;如果不为零,速度正在改变。
- 用合力来写结论: “合力为零,所以速度不变”。
例题详解
虚构情境: 一名学生在水平地面上以匀速推一个箱子。推力是向前 40 N。箱子的重力是 300 N。说明这些力是否平衡,并求摩擦力。
第一步,力: 推力(向前,40 N)、摩擦力(向后,未知)、重力(向下,300 N)以及地面的支持力(向上)。
第二步,竖直方向: 箱子没有向上或向下运动,所以支持力等于重力:300 N 向上。 竖直方向的合力为零。
第三步,水平方向: 匀速意味着加速度为零,所以合力为零。向前为正:40 − 摩擦力 = 0,所以摩擦力 = 40 N 向后。
第四步,结论: 这些力是平衡的。力确实在作用,但合力为零,所以速度保持不变。
检查: 向前 40 N 与向后 40 N 相互抵消,向上 300 N 与向下 300 N 相互抵消。
要留意的错误
常见的失误是说:运动的物体一定有一个沿运动方向的合力。
错误的答案: “箱子在向前运动,所以合力向前。”
学生把运动与力联系在一起,而不是把运动的改变与力联系在一起。
改正的方法是问自己:“速度有没有在变?”对于沿直线的匀速运动,没有。虽然箱子在动,合力却是零。
还有一个相反的错误:“合力为零,就是没有力。”这同样不对。箱子上有四个力,只是它们互相抵消了。
自我检测
先试着做,再打开答案核对。
1. 一本书放在桌面上。它受到力吗?合力为零吗?
查看答案
受到:重力向下,桌面的支持力向上。两者相等,所以合力为零。力存在,而且是平衡的。
2. 一艘远离任何行星的飞船,引擎关闭,沿直线匀速漂移。关于合力你能说什么?
查看答案
合力为零。 这里是因为基本上没有力作用。速度没有变化,所以没有加速度。
3. 一个球被向上抛出,到达最高点,速度瞬间为零。合力为零吗?请说明。
查看答案
不是。 重力仍然向下作用,没有任何力与它平衡(忽略空气阻力)。合力就是重力,所以球在向下加速,尽管那一瞬间速度为零。
下一步
现在你可以用合力来解读任何关于运动的说法。用力与动量练习题组检测整个单元,并把错误类型记录在错题记录与重测队列里,以便日后再复习。
措辞精准本身就是一项技能。我们的老师会在物理线上一对一补习中,帮学生把正确的思路写成完整的句子。