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高考物理复习要点梳理:力的合成与正交分解
2015.10.27 15:45

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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,主要介绍的是对研究对象进行受力分析步骤中最核心的部分,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(一条直线)方向的。力的运算也很简单,总是方向相反,或者方向相同的,计算要么是加法(方向相同),要么就是减法(方向相反时)。

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(非一维问题),那么就不能简单的加减来求解,必然要求一种新的计算方法。

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。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

物体受多个力作用,我们可将各个力沿两个相互垂直的方向进行正交分解(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,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。

正交分解法使用步骤

(1)建立正交坐标系

选择适当的直角坐标系,一般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。

(2)对所有的力进行正交分解。即分别利用三角函数关系,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

共点力合力的大小计算为:F合=√Fx2=Fy2(根号下是Fx的平方加上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。

后面,就是借助牛顿运动定律、直线运动,或者机械能、动量等相关的定理与定律进行分析和计算了。力的正交分解步骤,就到此为止。

为什么进行正交分解?

为什么要对力进行正交分解呢?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,也为力的正交分解(投影计算)提供了便利和理论支撑。

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三大定律和其他知识点,对物体的动力学行为或能量、动量问题进行分析的前提。

本文就给大家讲解这些内容,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。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。同学们可以到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/韩磊;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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