题目
在刚体上A、B、C三点分别作用三个力F1、F2、F3,各力的方向如图3-2所示,大小恰好与△ABC的边长成比例。问该力系是否平衡,为什么?A F,-|||-60° 60-|||-A 下,
在刚体上A、B、C三点分别作用三个力F1、F2、F3,各力的方向如图3-2所示,大小恰好与△ABC的边长成比例。问该力系是否平衡,为什么?
题目解答
答案
不平衡。该力系为平面任意力系,当向任意选取的一点(例如A点)简化时,得到一个平面汇交力系,因其力多边形封闭,故合力(对汇交力系而言的)为零;同时得到一个平面力偶系,其合力偶矩(对平面力偶系而言的)不为零。对原平面任意力系而言,主矢为零,主矩不为零,故不平衡。
解析
考查要点:本题主要考查平面任意力系的平衡条件,涉及主矢和主矩的概念,以及力系简化的相关知识。
解题核心思路:
- 判断主矢是否为零:将力系简化为平面汇交力系,若力多边形封闭,则主矢为零。
- 判断主矩是否为零:计算各力对简化中心的矩之和,若不为零,则主矩不为零。
- 综合结论:若主矢和主矩同时为零,力系平衡;否则不平衡。
破题关键点:
- 力系简化方法:选择简化中心(如A点),将各力平移至该点,分解为平面汇交力系和力偶系。
- 比例关系与几何特性:利用△ABC的边长比例关系,分析力的矢量和与力矩的关系。
步骤1:判断主矢是否为零
将三个力平移至A点,形成平面汇交力系。题目中说明力多边形封闭,即三个力的矢量和为零,因此主矢为零。
步骤2:判断主矩是否为零
各力对A点的矩之和为主矩。由于三个力的方向与△ABC的边长成比例,且作用点不在同一直线上,各力对A点的矩不为零,且它们的代数和也不为零,因此主矩不为零。
步骤3:综合结论
根据平面任意力系平衡条件,主矢为零但主矩不为零,故力系不平衡。