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力的正交分解法的使用
2015.09.22 09:44

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受力分析是一个看似简单其实很有难度的考点,这篇文章里,我们主要介绍的是对物体进行受力分析步骤中最核心最关键的一步,力的正交分解。

初中我们研究的所有的力,都是基于一维方向(一条直线上)的。两个力的运算很简单。或者是方向相反,或者方向相同的,计算要么是加法(方向相同),要么就是相减(方向相反)。

而实际的问题是,大部分物体的受力情况很复杂。物体所受的力往往是不在一条直线上的,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。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

力的正交分解概念

物体受多个力作用,可将各个力沿两个相互垂直的方向来进行投影,然后再分别沿这两个方向求出合力。

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,是物体所受到的力,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)正交分解所有的力。即分别利用三角函数相关知识,把各力在正交的坐标轴上投影,再运用加减法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

共点力合力的大小计算公式:F=√Fx2=Fy2(根号下是Fx的平方加上Fy的平方),合外力的方向(与x轴的夹角)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。

接下来的事儿,就是根据牛顿第二定律、直线运动,或者机械能相关的定理与定律进行分析和计算了。力的正交分解内容,到此为止。

为什么正交分解?

为什么要进行力的正交分解呢?我们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,也为力的正交投影提供了理论支撑。

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根基。

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考点,力的正交分解,是解决受力问题的重要工具和方法。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。这些内容,大家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

力的分解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/59.html

文章作者

文/苏阳;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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