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力的合成与分解的详细介绍
2015.11.24 14:57

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受力分析,是个看似简单其实很有难度的考点,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一步,即力的正交分解运算。

初中物理中,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,总是有一个或多个夹角的,如何来进行求解呢?

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。力的分解运算中,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

物体受到多个力作用,可将各个力沿两个相互垂直的方向来进行投影,然后再分别沿这两个方向求出合力。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

力的正交分解,是力的分解的一种特殊情况,是力在两个正交坐标轴上进行投影运算的。回归基本原理: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。

正交分解的基本步骤介绍

(1)建立坐标系

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)正交分解所有的力。即分别利用三角函数关系,将各力投影在两个坐标轴上,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

共点力合力的大小为F=√Fx2=Fy2(根号下Fx、Fy的平方之和;可能网页转码有失误),合外力的方向(与x轴的夹角)可由平行四边形法则或者三角形法则求得。

接下来,就是根据牛顿第二定律、直线运动,或者机械能相关的知识进行计算了。力的正交分解内容,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,进行力的运算(投影)就有了数学依据。还有,就是三角函数知识的学习,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和能量问题进行深入分析的基础。

本文就给大家讲解这些内容,受力分析是高中物理非常重要和基础的考点,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

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

文章作者

文/木子;高中物理教师,物理网兼职编辑。

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