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考点力的正交分解的详细解析
2015.11.03 09:49

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受力分析是一个看似简单其实有难度的考点,这篇文章里,我们主要介绍的是受力分析步骤中最核心的一步,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(一条直线)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,或者是相加(方向相同),要么就是相减(方向相反)。

其实大部分的受力情况是复杂的。研究对象所受的力往往并不在一条直线上,所以就不能简单的用加减法来求解,必须用一种新方法求解计算。

我们从力的合成与分解来计算力。力的分解计算中,最为常见和考察最多的,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,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),然后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,都遵循平行四边形定则。

正交分解法步骤

(1)建立两个垂直的坐标系

正确选择合适的直角坐标系,一般来说,我们选共点力的作用点为原点,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正余弦关系,将各力投影在正交的坐标轴上,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Fx的平方加Fy的平方),合力方向可由平行四边形法则或者三角形法则求得。

接下来的事儿,就是借助牛顿运动定律、直线运动,或者机械能、动量等相关公式进行计算了。力的正交分解步骤,就到此为止。

正交分解的原因?

为什么要进行力的正交分解呢?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,就是三角函数知识,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和能量问题进行深入分析的基础。

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重要的受力分析手段。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

受力分析http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/31.html

文章作者

文/小安;高中物理教师,物理网兼职编辑。

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