上篇文章我们知道了牛顿力学分为三部分：运动学、静力学和动力学，而且我们已经系统了解了运动学。今天我们主要探讨一下静力学部分。静力学主要是研究物体受力作用时的平衡规律。换句话说，就是物体处于静止或者匀速直线运动状态的受力情况。

大家现在应该很了解科学理论吧，科学理论就是从概念、原理出发进行分析、推理，从而发现定理定律，认识事物本质规律的过程。任何一个科学分支或者科学研究课题基本上都是这样一个过程。所以我们可以通过科学的方法来进行了解静力学。静力学中所有的定理和结论都是由这几个公理推演出来的，这些公理已被大量的实验和实践所证实。

刚体受两个力作用而保持平衡的充分必要条件是这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。

公理二 力的平行四边形法则

作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定

公理三 增减平衡力系原理

力系作用于物体上而不改变其运动状态，称该力系为平衡力系。如果两个力系分别作用于同一个物体上的效应相同，则这两个力系称为等效力系。

作用于刚体的力，它的作用点可以沿其作用线在刚体内任意移动，而不改变它对该刚体的作用。

推论二 三力平衡汇交定理

作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。

公理四 作用力和反作用力定律

作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线，且分别作用在两个相互作用的物体上。

当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如将此变形体变为刚体（刚化），则平衡状态保持不变。

这些理论大部分我们已经学习过了，只是重新整理作为静力学的公理而已。公理一揭示了最简单的物体受力平衡条件，即二力平衡条件；公理二给出了物体受到的所有的力的简化处理方法，即力的合成与分解；公理三给研究物体受力等效提供了重要依据，并且由这条公理得出的两条推论是我们受力分析时经常用到的步骤；公理四其实就是牛顿第三定律；公理五提供了将变形体看作刚体的条件，例如将平衡的绳索刚化为刚性杆，其平衡状态不变。

静力学的目的是为了研究物体的受力平衡的，所以受力分析才是重中之重。如果你想学好整个牛顿力学或者你想在高中学习中取得一个好的成绩，那么你必须要掌握受力分析。上面的公理就为我们研究物体受力平衡的理论基础，也是工具方法。

受力分析和运动状态一一对应，有什么样的运动状态，就对应什么样的受力分析。加速度将静力学和运动学联系了起来。我们可以通过运动求力，也可以通过力求运动。只不过在静力学中，相当于加速度为零，所以物体处于受力平衡状态，此时对应的运动状态就是物体做的惯性运动。如果一个物体做惯性运动，那么这个物体受力平衡；如果一个物体受力平衡，那么这个物体一定是在做惯性运动。

接下来我用一道题来讲解一下研究物体受力平衡的过程。想想你是怎么去做一道物理力学题的？我们每个人其实在上初中高中时都做过，而且受力分析是你学习牛顿力学必须要迈过去的第一道重要的坎。我希望你能学会这套方法和过程，对你的其他方面都有好处。物体的受力分析过程如下：

首先第一步：你要确定你的研究对象。不管是做数学推理或者做实验，明确研究对象都是非常重要的。实验上的控制变量法其实就是这个原因。

第二步：你要进行受力分析，最后的方法是画受力图。受力一定要全面，方向不要弄错。先可以从约束力开始，然后是重力、接触力等等。

第三步：进行力的分解。一般是十字分解，其实这是对力进行数学处理。

第四步：分析运动状态，根据运动状态列方程。如果不受力或者合外力为零，就是平衡条件。如果受力或者合外力不为零，那么需要考虑使用牛顿第二定律（这一部分有点高级了，涉及分析力学的虚位移原理）。

这个过程就是受力分析的过程，也是整个科学研究的过程，你最好掌握它。我用上面的过程套一个具体的例子，例如一个苹果放在桌子上处于静止状态，问它的受力情况。这个问题就是让我们分析出苹果受到的各种力，以及这些力的大小与方向。我们首先确定我们的研究对象，就是苹果；然后进行受力分析，它仅仅受到支持力和重力，并且支持力是一种约束力，它阻碍苹果下落，所以支持力竖直向上，而重力都是竖直向下的；力和力的方向是分析出来了，接下来我们要确定力的大小，此时可以对力进行十字分解，我们发现苹果在水平方向不受力，只在竖直方法上受力；最后我们根据苹果的运动状态找到它处于受力平衡状态，而且是二力平衡，所以合外力为零，即支持力等于重力。这样我们就完全解决了苹果的问题。

需要强调的是本篇文章更注重的方法，而不是知识。相当于是一次学校的习题课，目的是让你掌握（受力）分析。我们知道整个科学的过程就是描述、分析、和解释。上篇文章讲的就是描述，这次主要讲的是分析。描述相当于找到了问题，而分析就是解决问题的过程，所以本篇文章强调的是方法，而不是简单的学一些物理知识。掌握了这套方法，无论是做数学推理还是做实验，都是需要的。如果你是一个要参加考试的学生，你要像记忆九九乘法口诀一样记住它，然后反复练习直到遇到任何关于受力分析的习题再也没问题。

既然受力分析是一种很重要的科学方法，那么它也可以用到其他地方，例如处理我们的日常生活。其实物理的很多知识和方法都可以用来解决我们日常生活中的思考，只是我为了文章核心突出而很少去涉及，这次我们在这里说一说。

我们如果把受力分析的过程用到我们的生活中，这对我们解决问题有好处。例如大学毕业要自己租房子，很多人会很纠结，因为需要很多要素值得考虑了，例如位置、价格、交通情况等等。解决问题最关键的是你的研究对象，即你想要什么，研究对象不同，结果肯定不同。如果你的研究对象是房子周围的交通情况，那么你就以此为出发点去解决问题。我们往往容易犯的错误主要有两点：第一，你的研究对象有问题或者不够具体，例如在这里要租房子不应该是你的研究对象，因为你要租房子是确定事件；第二，你的研究对象太多了，物理上的研究对象只能每次选择一个。确定研究对象之后我们再分析房源情况，相对于受力分析。再可以做一个细化分析，例如周围的地铁、公交、离火车站或者飞机场的远近等等，相当于力的分解。最后我相信你就基本上可以找到你想要的房子了。

我们最后还要补充一些知识点，主要是关于约束力的，这也是分析分析中的难点。力学中考察的物体，有的可以不受限制而自由运动，如在空中可以自由飞行的飞机、导弹等。像这些凡是可以在空间作任意运动的物体称为自由体。相反，有些物体在空间的位移受到一定的限制，如被绳子悬挂而不能下落的重物、支撑于墙上而静止不动的屋架、受铁轨限制只能沿轨道运动的机车等，位移受到一定限制的物体称为非自由体。

对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。例如，绳子对于重物、墙对于屋架、铁轨对于机车等，都是约束。既然约束阻碍着物体的位移，也就是约束能够起到改变物体运动状态的作用，所以约束对物体的作用，实际上就是力的作用，这种力称为约束力。因此，约束力的方向必须与该约束所能够阻碍的位移方向相反。至于约束力的大小则是未知的，因此在物体的受力分析中约束力都是比较难的部分。在静力学问题中，约束力都是用平衡条件求出其大小的。