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受力分析是一个基础,且看似简单其实很有难度的考点,在这篇文章中,主要介绍的是受力分析步骤中最核心的一步,即力的正交分解。
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,计算方法或者是相加(方向相同),要么就是相减(方向相反)。
实际情况呢?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(非一维问题),所以就不能简单的用加减法来求解,这就需要一种新的计算方法。
在力的分解中,最为常考的,就是力的正交分解法
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。正交分解法是处理多个力作用用问题的基本方法,也是最常用的方法。
力的正交分解是力的分解的一种特殊情况
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)建立两个垂直的坐标系
正确选择合适的直角坐标系,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速度方向为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,将各力投影在正交的坐标轴上,再分别计算出坐标轴上的合力。
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,或者机械能相关公式进行计算了。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?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,就是学到的三角函数正余弦等知识,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定律和其他知识点,对物体的动力学行为和能量问题进行分析的根基。
本文就给大家讲解这些内容,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,进行力的分解运算外,力的封闭三角形法则,也是重要的受力分析手段。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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