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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,主要介绍的是受力分析步骤中最核心的一步,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(一条直线)方向的。力的运算也很简单,总是方向相反,或者方向相同的,要么是加法(方向相同时),要么就是减法(方向相反时)。
其实大部分的受力情况是复杂的。物体所受的力往往是不在一条直线上的(非一维问题),那么就不能简单的加减来求解,这就需要一种新的计算方法。
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
力的正交分解概念
物体受多个力作用,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,都遵循的是力的平行四边形定则。
正交分解的基本步骤介绍
(1)建立正交坐标系
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向为X轴,垂直的为Y轴。
(2)正交分解所有的力。即分别利用三角函数相关知识,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
物体所受的合外力的大小为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、动能定理、动量等相关公式进行计算了。力的正交分解步骤,就到此为止。
为什么正交分解?
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定律和其他知识点,对物体的动力学行为和能量问题进行深入分析的基础。
本文就给同学们整理这些内容,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,把这里的内容掌握牢固。
参考文献
力的分解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/59.html
文章作者
文/木子;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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