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三力平衡定理

三力平衡定理是指在同一平面內,當三個不平行的力作用於物體上並使物體保持平衡時,這三個力的作用線必須交於一點。具體來說,如果物體在互相不平行的三個力作用下處於平衡狀態,這三個力必定共面共點,合力為零。這個定理可以進一步細分為弱定理和強定理:

弱定理:剛體受三個互不平行但共面的力作用而平衡時,這三個力的作用線必匯交於一點。

強定理:作用於物體上的三個相互平衡、但又不互相平行的力,若其中兩個力的作用線匯交於一點,則此三力必在同一個平面內,且第三個力的作用線通過前兩個力的匯交點。

證明這個定理可以採用反證法。如果三力在同一平面內但不共點且不平行,那麼整個體系就不平衡。因為任意兩個力的交點作為支點時,這兩個力不產生力矩,而第三個力不經過支點必定產生力矩。因此,三力必須共面且力的作用線交於同一點。此外,也可以通過直接證明的方法,考慮三力對某軸的力矩,由於三力平衡,對任一軸的力矩之和為零,從而得出三力共面的結論。

此外,如果其中兩個力的作用線匯交於一點,則第三個力也一定通過交點,且三力在同一平面內。