定義平衡力和非平衡力

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介紹

平衡力和非平衡力決定物體的狀態。簡單來說，力是兩個物體之間的相互作用。它是一種推動或拉動，可以改變物體的位移並導致速度發生變化。它能夠做功來改變特定物體的狀態（靜止狀態或運動狀態）。

力是一個向量，因此它具有大小和方向。如果兩個力作用於一個物體，則稱為平衡力，如果這兩個力大小相等，方向相反。因此，如果作用在物體上的合力為零，則稱為平衡力。如果作用在物體上的合力不為零，則稱為非平衡力。當平衡力作用於系統時，系統處於平衡狀態。

什麼是平衡力？

平衡力是指作用在物體或系統上，大小相等且方向相反的力。在平衡力的作用下，系統上的合力為零。因此，物體處於靜止狀態，稱為平衡狀態，並且加速度為零。平衡力既不會改變靜止狀態，也不會改變運動狀態。

示例：讓我們考慮一下作用在下方示意圖中矩形盒子上的四個力。

從圖中可以看出，有一個向上的 3 牛頓的力和一個向下的 3 牛頓的力，它們相互抵消，在 Y 方向上沒有合力；在 X 方向上，兩個力的大小都為 5 牛頓，且方向相反，因此在 x 方向上力也是平衡的。因此，這個矩形盒子處於平衡力的作用下。

平衡力的例子

推牆

當你推牆並且它沒有移動時，這表明牆和人都對對方施加了相同的力。

人站在地面上

當你站在地面上時，重力向下作用於人，而支援力向上作用於人，這兩個力的大小相同，因此它們相互抵消，人保持靜止。

雙方人數相等的拔河比賽

在拔河比賽中，一支隊伍的成員拉另一支隊伍，從而對另一支隊伍的成員施加力。如果兩個隊伍的人數相等，那麼每個隊伍都對另一個隊伍施加了相同的力，因此合力為零，系統處於平衡或平衡狀態。

放在桌子上的書

當一本書放在桌子上時，它處於平衡力的作用下，因為大小相等的力在相反方向上作用於它。

平衡力的特徵

• 在平衡力的作用下，物體的運動不會改變。

• 當系統受到平衡力時，狀態和方向不會發生變化。

• 在平衡力的作用下，系統處於靜態平衡狀態。

• 系統上的合力為零。

平衡力對物體的作用

當作用在物體上的力是平衡力時，物體上沒有合力，因此平衡力不會改變物體的狀態。如果物體處於靜止狀態，它不會使物體運動；如果物體處於運動狀態，則在平衡力的作用下，它會繼續運動。

什麼是非平衡力？

如果力改變了物體的運動，則該力被稱為非平衡力。如果物體處於靜止狀態，則可以透過施加非平衡力使其運動。同樣地，如果物體處於運動狀態，則可以透過使用非平衡力使其停止或使其處於靜止狀態。當兩個大小不相等的力作用於物體時，系統處於非平衡力的作用下。物體上的合力不為零，因此存在非零加速度，並且沒有平衡狀態。

示例：我們可以透過一個例子來理解非平衡力。假設一本書放在桌子上，由於桌子傾斜，它向右移動。

由於桌子，向上力作用在書上；由於重力，向下力作用在書上，因為在垂直方向上沒有運動，所以這些力相互平衡。由於書在右側的運動，所以在左側存在摩擦力，它阻礙運動並減慢書的速度。書隨著時間的推移會改變其運動狀態，而不是處於平衡狀態，因此書的運動被認為是在非平衡力的作用下。

非平衡力的例子

雙方人數不相等的拔河比賽

在拔河比賽中，一支隊伍的成員拉另一支隊伍，從而對另一支隊伍的成員施加力。如果兩個隊伍的人數不相等，那麼每個隊伍都對另一個隊伍施加了力，並且力的大小不相等，因此係統中存在合力，並且系統會加速。

蹺蹺板遊戲

在這個遊戲中，如果兩個體重不等的人坐在蹺蹺板上，那麼它就處於非平衡力的作用下。

踢球

當球被踢時，它從一個地方移動到另一個地方，因此可以認為是非平衡力的一個例子。

平衡力和非平衡力的區別

序號	平衡力	非平衡力
1.	平衡力不會導致物體的運動發生任何變化。	非平衡力會改變物體的運動。
2.	如果存在平衡力，則系統上的淨有效力為零。因此，系統中沒有加速度。	如果存在非平衡力，則系統上的淨有效力不為零，它會在系統中產生加速度。
3.	它只能改變物體的形狀或大小，而不能改變物體的運動。	它不僅可以改變形狀或大小，還可以改變物體的運動。

表 1：平衡力和非平衡力的區別

結論

在這篇文章中，我們瞭解了力的概念以及力的主要型別，即平衡力和非平衡力。平衡力不會改變任何物體的狀態，而非平衡力是物體運動的原因。

在平衡力的作用下，物體上的合加速度和合力為零。而由於非平衡力，系統中會產生合加速度。因此，我們瞭解到非平衡力是任何型別運動發生的原因。摩擦力是一種可以抵抗粒子運動的力，它作用於兩個物體的接觸面之間。非平衡力可以改變形狀以及運動狀態。

常見問題解答

Q1. 寫下運動狀態的名稱？

答：運動狀態有兩種型別。一種是靜止狀態，其中系統處於靜態平衡狀態；另一種是運動狀態，其中系統正在運動。

Q2. 平衡力能否使物體變形？

答：是的，平衡力可以使物體變形或改變物體的形狀或大小。但永遠不會改變物體的運動狀態。

Q3. 當給出加速度時，力的公式是什麼？

答：力等於物體的質量乘以物體的加速度。

$$\mathrm{F=ma}$$

這裡 m 是物體的質量，a 是物體的加速度。

Q4. 力的單位是什麼？

答：力的國際單位制單位是牛頓或 $\mathrm{kgms^{-2}}$。

力的釐米-克-秒單位制單位是達因或 $\mathrm{gm\: cm \:s^{-2}}$

Q5. 給出一個例子來證明平衡力在日常生活中得到應用？

答：用於懸掛物品的牆壁上的螺絲或夾子是平衡力的例子，其中重力與將掛鉤固定在牆壁上的力相平衡。