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考点力的合成与正交分解的介绍
2015.09.18 12:04

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受力分析,是个看似简单其实有难度的知识点,这篇文章,主要介绍的是受力分析步骤中最核心最关键的一步,即力的正交分解运算。

初中我们研究的所有的力,都是基于一维方向的。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)。

其实大部分的受力情况是复杂的。研究对象所受的力往往是不在一条直线上的(非一维问题),那么就不能简单的加减来求解,这就需要一种新的计算方法。

我们从力的合成与分解来计算力。或者说,力的合成与分解是解决不在一条直线上的力的运算的。力的分解计算中,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

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一种特殊情况

从定义也不难看出,力的正交分解,是力的分解的一种特殊情况,是力在两个正交的坐标系内进行投影运算的。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。

正交分解法使用步骤

(1)建立两个垂直的坐标系

正确选择直角坐标系,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的速度方向为X轴,垂直的轴规定为Y轴。

(2)正交分解计算。即分别利用三角函数相关知识,将各力投影在正交的坐标轴上,再分别计算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、Fy的平方之和;可能网页转码有失误),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力的封闭三角形法则求得。

接下来的事儿,就是借助牛顿运动定律、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。

正交分解的原因?

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,是受力分析中非常重要的一步,也是接下来借助牛顿定律和其他知识点,对物体的动力学行为或能量、动量问题进行分析的根基。

本文就给同学们整理这些内容,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与方法。除了进行力的正交分解外,力的封闭三角形法则也是重要的受力分析手段。感兴趣的化,同学们可以到高中物理网查阅我们整理的文章,多用些功夫,把这里的考点内容掌握牢固。

参考文献

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

文章作者

文/崔强;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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