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高考复习重点:力的正交分解法
2015.11.13 11:37

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受力分析是一个基础,且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(一条直线)方向的。力的运算很基础。力总是方向相反,或者方向相同的,计算要么是加法(方向相同时),或者就是减法关系(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,所以就不能简单的用加减法来求解,必然要求一种新的计算方法。

我们从力的合成与分解来计算力。或者说,力的合成与分解是解决不在一条直线上的力的运算的。在力的分解中,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

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。

力的正交分解是力的分解的特殊情况

从概念来看,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,都遵循矢量的平行四边形定则。

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)对所有的力进行正交分解。即分别利用三角函数相关知识,把各力在正交的坐标轴上投影,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通过力的封闭三角形法则来求得。

后面,就是辅助牛顿三大定律、直线运动公式,或者机械能、动能定理、动量等相关的知识进行计算了。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,就是三角函数知识,也为力的正交投影提供了理论支撑。

力的分解运算,是受力分析的核心,也是接下来借助牛顿运动定律和能量动量的考点,对物体的动力学行为或能量、动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和方法。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。这些内容,大家可以到高中物理网查阅我们整理的文章,把这里的内容掌握的更加牢固。

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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