静止与平衡

在分析物理问题或叙述物理过程时,人们常常用到“静止”和“平衡”这两个物理术语。有人认为物体速度等于零就是静止,也有人认为静止就是平衡,它们互为同义词。我们认为静止和平衡作为力学概念,它们有着不同的内涵和外延,是两个不同的概念。

1.什么是静止

马克思、恩格斯说:“在自然科学家那里,运动总是不言而喻地被称为是和机械运动、位移移动相等的。”(马克思、恩格斯全集,第二十卷p591)在这里,实际上马克思、恩格斯已给我们下了一个关于运动的定义,即运动就是位移,或反过来说,物体有位移(位置变动)就是运动。于是,根据上述运动定义可知,若物体没有位移,则静止。事实上,物理学上一般也是这样认为:如果一个物体相对另一个物体的位置不随时间发生变化,则称这两个物体处于相对静止状态,简称“静止”。判断一个物体是运动还是静止,应该考察该物体在一段时间内相对于别的物体的位置变化与否。如果该物体在某一段时间间隔内相对于另一物体的位置始终不变,则可断定此物体在这一段时间内相对于另一物体是静止的的;否则,就是运动的。当然,静止也可以是“瞬时的静止”,但有歧义,所以我们这里所说的“静止”不包括“瞬时的静止”。根据以上静止和运动的含义不难推知,静止物体的速度一定等于零,但物体速度等于零并不一定处于静止(如要起动又未起动,但又马上要起动的汽车;竖直上抛达最高点时的物体;摆至最高点的单摆等等。)可见,速度为零并不是物体处于静止的充分必要条件,而只是必要条件。

2.静止的条件

既然速度等于零并不是物体静止的充分必要条件,那物体静止的充分必要条件是什么呢?根据静止的含义,欲使物体在一段时间内相对于另一物体(一定的参考物体)位置不发生变化,就得保证:

(1)物体的速度等于零。

(2)作用在物体上的合外力(严格讲应称主矢)、合外力矩均为零。两者缺一不可。

以上两点就是物体静止的充分必要条件。

3.什么叫平衡

事物在运动的过程中,在一定条件下保持着相对稳定的状态,这种状态在哲学上叫做平衡。物理学一般只研究物不研究事,且对平衡的定义比哲学上的定义更具体。物理学中把物体保持静止或匀速直线运动或匀速转动的状态称作为平衡态,简称“平衡”。有时还把“平衡”分成两种:一种称“静平衡”,它对应物体的静止状态;另一种称“动平衡”,它对应物体的匀速直线运动状态和匀速转动状态。

4.平衡的条件

根据以上平衡的定义可知,静平衡的运动学特征是速度(包括角速度)等于零,加速度(包括角加速度)等于零;动平衡的运动学特征是速度(包括角速度)不等于零,而加速度(包括角加速度)等于零。故不难想象,单论平衡的充分必要条件是作用在物体上的合外力(实为主矢)和合外力矩均为零。可见平衡对物体的速度无需再作任何限制,与物体静止的充分必要条件相比,显然平衡的条件放宽了。

5.静止与平衡的区别及联系

(1)静止和平衡都是物体运动过程中的一种特殊状态,故它们都属于物体的属性。

(2)静止的充分必要条件等于平衡的充分必要条件,具体是;对于静止的任何物体,则要求其速度(包括角速度)和加速度{包括角加速度)都等于零,而对于平衡的任何物体,则只要求其加速度(包括角加速度)等于零。

(3)平衡不一定是静止,但静止一定是平衡。

(4)静止和平衡都是相对的、暂时的,它们在一定的条件下能互相转化。

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发布时间:2009/5/22 10:28:31  阅读次数:11106

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