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你玩过或看过拔河比赛吗?如果我们观察一场拔河比赛中的两个人，他们势均力敌，没有一方获胜，我们会发现，即使双方都在用巨大的力量拉，但这种力量是平衡的，这意味着他们可能实际上并没有移动。这种情况下的绳子是物体处于平衡状态的一个很好的例子。
图一:朋友在玩拔河。
在物理学中，有一种状态，在这种状态下，所有施加在物体上的力和力矩都是平衡的。这种作用在物体上的合力为零的特殊情况叫做平衡。在平衡状态下，物体既可以静止，也可以以常数运动速度，但它并没有加速。正如你可能已经猜到的，处于平衡状态的物体遵循牛顿第一运动定律，即物体保持其速度，除非受到合力的作用。
一个对象在平衡当所有作用在物体上的力和力矩都达到平衡时。
平衡有两种类型。
第一种是静力平衡。一个静力平衡的物体是不运动的:在我们的选择中没有平动或旋转运动参考系．第二种是动态平衡，这意味着物体以一个常数运动速度．它将继续以同样的速度移动速度因为仍然没有合力或力矩作用在物体上。因为静态平衡和动态平衡取决于参考系时，物体可能处于静平衡状态参考系另一个是动态平衡，反之亦然。
这里有一些静力平衡的例子。K记住它们是线速度和角速度都等于零的例子。稍后我们将更多地讨论动态平衡。
处于静力平衡状态的物体有:
桌上有本书，
悬挂的标志，
吊扇关掉了，
靠在墙上的梯子。
如果作用在物体上的力是平衡的，也就是说没有合力作用在物体上，物体就处于平衡状态。处于平衡状态的物体遵循牛顿第一运动定律:静止的物体将保持静止，运动的物体将保持运动。让我们来看看物体可以受到的一些力。
一个法向力是一个表面所施加的力，它抵抗施加在这个表面上的力。法向力既是接触力也是反力。“法向”这个词的用法来自数学，意思是“垂直的”，因为法向力总是垂直于曲面。法向力是防止物体重叠的反作用力。
摩擦总是朝着反对运动或企图运动的方向行动。摩擦力既是接触力也是反作用力。摩擦总是平行于两个表面之间的界面。
摩擦力取决于两个因素。
法向力，或者说两个表面相互挤压的力
静摩擦系数或动摩擦系数，取决于表面的平整度和使用的任何润滑剂。
静态摩擦发生在两个表面之间，当它们之间没有相对运动时。它增加以匹配任何施加的力，以防止两个表面相对移动。它在物体开始运动之前达到最大值。
动摩擦当两个表面相对运动时发生在它们之间。只要法向力保持不变，动摩擦就是常数。
为了使一个物体被认为处于平衡状态，必须满足两个平衡条件。
平衡的第一个条件叫做转化平衡．它指出，作用在物体上的净外力需要等于零:
$ $ vec {F} _ \ \ mathrm{净}= vec {F} _ \ \总和\ mathrm vec{一}{ext} = m \ = vec {0} \ \ \ mathrm $ $ {N}
这说明物体质心的平动加速度必须为零。
当一个对象被建模为粒子时，这是必须满足的唯一条件。一个被拉伸的物体要保持平衡，必须满足第二个条件，这个条件涉及到被拉伸物体的旋转运动。
平衡的第二个条件叫做旋转平衡．它指出，物体上的净外部扭矩应该为零:
$ $ vec{\τ}_ \ \ mathrm{净}= vec{\τ}_ \ \总和\ mathrm {ext} =我vec{α\}\ = vec {0} \ \ \ mathrm $ $ {N \, m}这意味着沿任何旋转轴的角加速度都是零。一般来说，当我们解决平衡问题时，我们可以选择旋转轴。因此，我们可以选择一个轴，其中至少有一个力直接施加在旋转轴上。我们这样做的原因是这个力的杠杆臂为零，因此扭矩为零。这样，我们可以忘记这个力，让我们的生活更容易一些。
当物体处于平衡状态时，我们知道合力为零，所以当看一个图，比如自由体图时，我们要看物体的合力是否为零。这意味着在\(x\)方向上的力抵消了，在\(y\)方向上的力抵消了。如果我们的图是多维度的，所有额外方向上的力也抵消了。
如果我们把一个物体用绳子吊在天花板上，这意味着绳子上的张力会抵消物体的重量。自由体图见下图。
图2 -静止悬空物体处于静力平衡状态。
我们甚至可以在动态平衡的情况下看到这一点。如果我们考虑一个下落的物体，最终我们会到达终点速度，其中物体的重量平衡空气阻力作用于物体。参见下图所附的自由体图。
图3 -下落物体的动态平衡。
不同的图表显示不同类型的平衡和不同的情况。重要的是要记住，在任何平衡的情况下力和力矩都会抵消，这在图中会反映出来。
合力是作用在物体上的所有力(矢量)相加而成的。在给出物体的自由体图的情况下，求平衡力是摆在学生面前的一个很常见的问题。为了使物体达到平衡，你添加平衡力物体上的不平衡力。
让我们看一个例题
求力向量\(10\，\mathrm{N}\)向北和的平衡力\(10\， \math {N}\)东方。
回答
这意味着你被要求找出一个力来抵消两个给定的力，使物体达到平衡。
为了求出施加在物体上的合力，我们可以应用矢量数学，如下所示:
图4 -显示FBD，合成和平衡例子的图表。
在图中加一个矢量，求平衡矢量。这将给你一个合力为零。如果你的总合力是\(14\，\mathrm{N}\)东北方向，那么平衡力应该使它恢复平衡。这意味着这种情况下的平衡力是\(14 \ \ mathrm {N} \)西南方向。
让我们再看一个例子。
下面，我们将根据耙子的图片来回答问题，这代表了一个刚性均匀的耙子，它有一个质量为\ (6.0 \ \ mathrm{公斤}\)长度为\ (1.0 \ \ mathrm {m} \)．耙的左端搁在地面上，右端被一个向上的力保持平衡\ (40 \ \ mathrm {N} \)．
力应该放在离耙子右端多远的地方来保持平衡?
图5 -向上力对耙子的平衡。
由于耙杆是均匀的，我们知道它的质心在几何中心。
因为耙子是\ (1.0 \ \ mathrm {m} \)长，耙的质心\(x_\mathrm{cm}\)在\ (0.50 \ \ mathrm {m} \)．重力\(F_\text{g}\)向下推
f \ \{对齐}开始mathrm {g} & =毫克\ \ & = 6.0 \ \ mathrm{公斤}\ times9.81 \ \ mathrm {m} / \ mathrm{年代}^ 2 \ \ & = 60 \ \ mathrm {N} \{对齐}结束
距轴心点的距离为\(0.50\，\mathrm{m}\)。因此，我们有一个合扭矩
$$\tau = 30\，\ mathm {N\，m}.$$
我们知道我们施加的力是\(40\，\mathrm{N}\)，所以我们只需要找到与枢轴的距离来施加这个力，使它产生一个\(30\，\mathrm{N\，m}\)的扭矩，以抵消由于耙子的重量而作用在耙子上的净扭矩。回忆一下，力矩是由
$$\tau = rF\sin\theta，$$在这种情况下，我们施加的力垂直于杠杆，所以sin项去掉了，因为它正好等于\(1\)。这给我们留下了:
{对齐}\ \开始τ& =射频\ \ \意味着r & = \压裂{\τ}{F} \ \ r & = \压裂{30 \ \ mathrm {N \, m}} {40 \ \ mathrm {N}} \ \ r & = 0.75 \ \ mathrm {m} \{对齐}结束。
这意味着力应该从右端施加\(0.25\，\mathrm{m}\)，以使耙处于平衡状态。
当作用在一个物体上的所有力都平衡时，这个物体就处于平衡状态。
桌子上的书就是处于平衡状态的物体的一个例子。
是的，一个处于平衡状态的物体可以移动，如果物体以某种速度移动，因为它将以完全相同的速度移动。
处于平衡状态的物体不能加速或减速。它必须以恒定的速度运动。
如果一个物体处于平衡状态，就没有合力作用在它上面。
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