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物理知识点:力的正交分解

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2015.09.18 13:00

受力分析是一个看似简单其实有难度的考点,在这篇文章中,主要介绍的是对研究对象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。

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。力的运算也很简单,总是方向相反,或者方向相同的,计算或者是相加(方向相同),要么就是减法(方向相反时)。

而实际的问题是,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,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特殊情况

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,都遵循矢量的平行四边形定则。

正交分解法步骤

(1)建立坐标系

正确选择合适的直角坐标系,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加速度方向为X轴,垂直的为Y轴,尽量让较多的力落在坐标轴上。

(2)正交分解计算。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、Fy的平方之和;可能网页转码有失误),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,就是辅助牛顿三大定律、直线运动公式,或者机械能、动量等相关公式进行计算了。力的正交分解内容,到此为止。

为什么正交分解?

对力的正交分解的理由是什么?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(投影)就有了数学依据。还有,就是三角函数知识,也为力的正交分解(投影计算)提供了便利和理论支撑。

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。

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。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。同学们可以到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

受力分析http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/31.html

文章作者

文/崔强;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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本文发表于2015年09月18日;;本站文章拒绝任何形式转载,否则法庭见。