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受力分析,是个看似简单其实有难度的知识点,这篇文章,主要介绍的是对物体进行受力分析步骤中最核心最关键的一步,即力的正交分解运算。
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,要么是加法(方向相同时),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,必须用一种新方法求解计算。
这就是力的合成与分解的来源。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,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。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,是力在两个正交坐标轴上进行投影运算的。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。
正交分解法使用步骤
(1)建立两个垂直的坐标系
选择适当的直角坐标系,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速度方向为X轴,垂直的为Y轴。
(2)对所有的力进行正交分解。即分别利用三角函数关系,把各力在正交的坐标轴上投影,分别求出坐标轴上的合力。
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通过力的封闭三角形法则来求得。
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?
为什么要对力进行正交分解呢?高中数学学习了坐标系的概念,在两个垂直的坐标轴上,进行投影运算就有了数学依据。还有,就是三角函数知识的学习,也为力的投影计算提供了便利。
力的正交分解,是受力分析中非常重要的一步,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分析的前提。
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/苏阳;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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