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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,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,计算方法要么是加法(方向相同),或者就是减法关系(方向相反)。
现实情况是,研究题的受力很复杂,,大多力并不在一条直线上,总是有夹角的,如何来求解和计算呢?
我们从力的合成与分解来计算力。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),再沿这两个方向分别求出x与y轴的合力。正交分解法是处理多个力作用用问题的基本方法,也是最常用的方法。
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,都遵循平行四边形定则。
正交分解法步骤
(1)建立坐标系
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加速度方向为X轴,垂直的轴规定为Y轴。
(2)正交分解所有的力。即分别利用三角函数相关知识,将各力投影在两个坐标轴上,再分别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
物体所受的合外力的大小为F=√Fx2=Fy2(根号下是Fx的平方加上Fy的平方),合力方向(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、动能定理、动量等相关的定理与定律进行分析和计算了。力的正交分解部分的内容(步骤),到此为止。
为什么正交分解?
对力的正交分解的理由是什么?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与能量动量关系进行深入分析的基础。
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
平行四边形法则http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/60.html
文章作者
文/崔强;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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