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物理考点:力的合成与正交分解的解析
2016.03.05 13:30

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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)。

而实际的问题是,大部分物体的受力情况很复杂。研究物体所受的力大多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。

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

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一种特殊情况

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。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

共点力合力的大小计算公式:F=√Fx2=Fy2(根号下Fx的平方加Fy的平方),合外力的方向(与x轴的夹角)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,就是借助牛顿运动定律、直线运动,或者机械能、动量等相关的知识进行计算了。力的正交分解步骤,就到此为止。

正交分解的原因?

为什么要进行力的正交分解呢?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力的运算就有了数学依据。还有,就是三角函数知识,也为力的投影计算提供了便利。

力的分解运算,是受力分析的核心,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或能量、动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。这些内容,大家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

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