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受力分析是一个基础,且看似简单其实有难度的知识点,在这篇文章中,主要介绍的是对物体进行受力分析步骤中最核心的部分,即力的正交分解。
在初中阶段,我们研究的所有的力,都是基于一维方向(一条直线上)的。力的运算很基础。力总是方向相反,或者方向相同的,计算方法要么是加法(方向相同),或者就是减法关系(方向相反)。
从现实情况来看,物体受力往往很复杂,大多力并不在一条直线上,总是有一个或多个夹角的,如何来求解呢?
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,最常见的,就是力的正交分解法
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,都遵循的是力的平行四边形定则。
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,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,垂直的轴规定为Y轴。
(2)正交分解计算。即分别利用三角函数关系,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
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力的封闭三角形法则求得。
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、动量等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。
为什么正交分解?
为什么要对力进行正交分解呢?因为我们数学学习了坐标系的概念,在两个垂直的坐标轴上,进行投影运算就有了数学依据。还有,就是学到的三角函数正余弦等知识,也为力的正交分解(投影计算)提供了便利和理论支撑。
力的分解,是受力研究中重要一步,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和能量问题进行分析的前提。
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与方法。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。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,把这里的内容掌握牢固。
参考文献
力的分解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/59.html
文章作者
文/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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