动态平衡:矢量三角形(3)

实验目的

理解矢量三角形的画法,会用它分析力的变化。

实验原理

物体处于平衡状态时合力为零,三个力平移后首尾相接构成封闭三角形。大小方向不变的力对应固定的一条边,方向不变的力对应一条方向固定的边,第三个力方向变化,其对应边的长度和方向随之变化,边长即表示力的大小。

实验器材

• 受三个力作用的物体(演示模型)
• 重力等恒力
• 方向不变的力
• 方向改变的力及矢量三角形

实验步骤

1. 分析物体受力,标出三个力的方向
2. 以恒力为一边,画出封闭的矢量三角形
3. 确定方向不变的力的方向线
4. 缓慢改变演示条件,观察三角形的变化
5. 读出各边长度的变化,得出力的变化规律

实验现象与结论

条件缓慢改变时,矢量三角形依次变形,各边长随之变化,不同力出现增大、减小或先减小后增大等不同趋势。结论由三角形边长的变化直接得到。

注意事项

• 矢量首尾相接,不要和力的作用点混淆
• 分清恒力、定向力和变向力三种角色

常见问题

为什么三力平衡能画成封闭三角形?

三力合力为零,平移后首尾相接,最后回到起点,因此构成封闭三角形。

力会先减小后增大吗?

可能。当变向力转到与定向力垂直时取最小值,经过该位置前后力的变化趋势相反。