2015.09.18 13:17
内容简介
这篇文章主要介绍的是力的正交分解的概念、具体解题步骤,以及正交分解与普通的力的分解间的关系。
在初中阶段,我们研究的所有的力,都是基于一维方向的。力的运算也很简单,总是方向相反,或者方向相同的,或者是相加(方向相同),要么就是减法(方向相反时)。
实际情况呢?大部分物体的受力情况很复杂。物体所受的力往往是不在一条直线上的(非一维问题),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。力的分解计算中,最为常考的,就是力的正交分解法
力的正交分解
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)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,再运用加减法计算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
物体所受的共点力合力的大小为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,或者机械能相关的知识进行计算了。力的正交分解部分的内容(步骤),到此为止。
为什么进行正交分解?
为什么要对力进行正交分解呢?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就有了数学依据。还有,就是学到的三角函数正余弦等知识,也为力的正交分解(投影计算)提供了便利和理论支撑。
力的正交分解,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与能量动量关系进行深入分析的基础。
就给同学们梳理这些内容,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
平行四边形法则http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/60.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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