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力的合成与分解的介绍
2015.09.17 17:48

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内容简介

这篇文章主要介绍的是力的正交分解的概念、解题的具体步骤,及力的正交分解方法与普通的力的分解间的关系。

在初中阶段,我们研究的所有的力,都是基于一维(一条直线)方向的。力的运算也很简单,总是方向相反,或者方向相同的,计算方法要么是加法(方向相同),要么就是减法(方向相反时)。

从现实情况来看,物体受力往往很复杂,大多都不在一条直线上,总是有一个或多个夹角的,如何来进行求解呢?

我们从力的合成与分解来计算力。可以这样说,力的合成与分解,是解决不在同一条直线上的两个力或多个力的运算问题的。在力的分解中,最为常考的,就是力的正交分解法

力的合成与分解

力的正交分解

物体受到多个力作用时,可将各个力沿两个相互垂直的方向来进行投影,再沿这两个方向分别求出x与y轴的合力。力的正交分解法,是处理多个力作用用问题的基本方法。

力的正交分解,是力的分解的特殊情况

从概念来看,力的正交分解,是力的分解的一种特殊情况,是力在两个正交坐标轴上进行投影运算的。从计算的依据看,力的正交分解与普通的力的合成与分解,都遵循矢量的平行四边形定则。

正交分解的基本步骤介绍

(1)建立正交坐标系

正确选择合适的直角坐标系,一般来说,我们选共点力的作用点为原点,水平方向或物体运动向为X轴,垂直的为Y轴,尽量让较多的力落在坐标轴上。

(2)正交分解计算。即分别利用三角函数正余弦关系,将各力投影在正交的坐标轴上,分别求出坐标轴上的合外力大小。

X轴方向

Fx=F1x+F2x+…+Fnx

Y轴方向

Fy=F1y+F2y+…+Fny

物体所受的共点力合力的大小为F=√Fx2=Fy2(根号下Fx、Fy的平方之和;可能网页转码有失误),合力方向可由平行四边形法则或者力的封闭三角形法则求得。

接下来,就是根据牛顿第二定律、直线运动,或者机械能相关的知识进行计算了。力的正交分解部分的内容(步骤),到此为止。

为什么进行正交分解?

为什么要对力进行正交分解呢?高中数学学习了坐标系的概念,在两个垂直的坐标轴上,进行力的运算(投影)就有了数学依据。还有,就是三角函数知识的学习,也为力的投影计算提供了便利。

力的分解,是受力分析的核心,也是接下来借助牛顿三大定律和其他知识点,对物体的动力学行为与能量动量关系进行分析的前提。

就给同学们梳理这些内容,受力分析,是物理学中非常重要的内容,力的正交分解,是解决受力问题的重要工具和方法。除了在正交坐标系内,进行力的分解运算外,力的封闭三角形法则,也是重要的受力分析手段。这些内容,大家可以到高中物理网查阅我们整理的文章,把这里的内容掌握的更加牢固。

参考文献

平行四边形法则http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/60.html

文章作者

文/木子;高中物理教师,物理网兼职编辑。

文章首发高中物理网,转载请予以注明,谢谢。

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