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高考重点:力的合成与正交分解
2016.01.06 22:40

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受力分析,是个看似简单其实有难度的考点,这篇文章里,我们主要介绍的是对研究对象进行受力分析步骤中最核心的一步,力的正交分解。

初中物理中,我们研究的所有的力,都是基于一维方向的。两个力的运算很简单。或者是方向相反,或者方向相同的,计算要么是加法(方向相同),要么就是相减(方向相反)。

现实情况是,物体受力往往很复杂,大多都不在一条直线上,总是有一个或多个夹角的,如何来求解呢?

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,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,是物体所受到的力,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。

(2)正交分解计算。即分别利用三角函数关系,将各力投影在正交的坐标轴上,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、Fy的平方之和;可能网页转码有失误),合力方向可由平行四边形法则或者力的封闭三角形法则求得。

接下来的事儿,就是借助牛顿运动定律、直线运动,或者机械能相关公式进行计算了。力的正交分解部分的内容(步骤),到此为止。

为什么正交分解?

为什么要进行力的正交分解呢?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分析的前提。

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内容,力的正交分解是解决受力问题的重要工具与方法。除了进行力的正交分解外,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,多用些功夫,把这里的考点内容掌握牢固。

参考文献

平行四边形法则http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/60.html

文章作者

文/韩磊;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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