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物理要点:力的合成与正交分解
2015.09.18 12:03

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简介

这篇文章主要介绍:力的正交分解的基本概念、具体解题步骤,及力的正交分解方法与普通的力的分解间的关系。力的正交分解是受力分析中非常重要的一步。

在初中阶段,我们研究的所有的力,都是基于一维方向的。两个力的运算很简单。或者是方向相反,或者方向相同的,要么是加法(方向相同),要么就是相减(方向相反)。

现实受力情况并非如此简单。物体的受力总是很复杂,大多力并不在一条直线上,总是有一定的夹角的,如何来求解呢?

这就是力的合成与分解的来源。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,最常见的,就是力的正交分解法

力的合成与分解

力的正交分解概念

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进行正交分解,再分别沿这两个方向求出合力。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,是物体所受到的力,在两个正交的坐标系内进行投影运算的。回归基本原理:力的正交分解与普通的力的合成与分解,都遵循的是力的平行四边形定则。

正交分解的基本步骤介绍

(1)建立坐标系

选择适当的直角坐标系,一般,选共点力(研究物体的质点)的作用点为原点,水平方向或物体运动的加速度方向为X轴,垂直的为Y轴。

(2)正交分解所有的力。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,分别求出坐标轴上各力投影的合力。

X轴方向

Fx=F1x+F2x+…+Fnx

Y轴方向

Fy=F1y+F2y+…+Fny

共点力合力的大小为F=√Fx2=Fy2(根号下Fx的平方加Fy的平方),合力方向(一般用F合与x轴的夹角来表示)可由平行四边形法则或者通过力的封闭三角形法则来求得。

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。力的正交分解内容,到此为止。

为什么进行正交分解?

对力的正交分解的理由是什么?高中数学学习了坐标系的概念,在两个垂直的坐标轴上,进行投影运算就有了数学依据。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。

力的正交分解,是受力研究中重要一步,也是接下来借助牛顿运动定律和能量动量的考点,对物体的动力学行为或能量、动量问题进行深入分析的基础。

就给同学们梳理这些内容,受力分析是高中物理非常重要和基础的考点,力的正交分解是解决受力问题的重要工具。除了在正交坐标系内进行力的分解外,力的封闭三角形法则也是一个补充受力分析手段。同学们可以到物理网查阅我们整理的文章,把这里的内容掌握牢固。

参考文献

受力分析http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/31.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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问:受力分析都包括哪些步骤?

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