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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的部分,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。力的运算很基础。力总是方向相反,或者方向相同的,要么是加法(方向相同时),或者就是减法关系(方向相反)。
现实受力情况并非如此简单。物体受力往往很复杂,大多力并不在一条直线上,总是有一定的夹角的,如何来求解和计算呢?
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,最为常考的,就是力的正交分解法

力的正交分解基础概念
物体受到多个力作用时,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,是力的分解的特殊情况
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。从计算的依据看,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。
正交分解法步骤
(1)建立坐标系
正确选择合适的直角坐标系,一般选共点力的作用点为原点,水平方向或物体运动的加速度方向为X轴,垂直的为Y轴,尽量让较多的力落在坐标轴上。
(2)对所有的力进行正交分解。即分别利用三角函数正余弦关系,将各力投影在两个坐标轴上,再分别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
物体所受的共点力合力的大小为F=√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、动量等相关的知识进行计算了。力的正交分解内容,到此为止。
为什么进行正交分解?
为什么要进行力的正交分解呢?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,也为力的投影计算提供了便利。
力的分解,是受力分析中非常重要的一步,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与能量动量关系进行分析的根基。
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/小雪;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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