1.力的合成
等效替代是用一個力(合力)產生與多個力(分力)共同作用相同的效果。 力的合成必須遵循物體的同一性和力的同時性。
(1) 合力和分力:
如果一個力所產生的效果與幾個力共同作用所產生的效果相同,則該力稱為這些力的合力,這些力稱為該力的分力。
合力與分力的關系是等價替代關系,即如果將一個力分解為兩個分力,并且在分析計算時考慮兩個分力的作用,則該力的作用不能考慮武力; 反之,如果考慮合力的影響,則不能重復考慮各分力的影響。
(2)公共點力:
一個物體同時受到多種力的作用。 如果這些力的作用線相交于一點,則這些力稱為共點力。
如圖(a)所示,它是一根金屬棒,放置在光滑的半球形碗中。 桿受到三個力的作用:重力以及 A 點和 B 點的支撐力; 作用線N1穿過球心,作用線N2垂直于桿。 當桿在作用線共面的三個非平行力的作用下達到平衡時,壁彈性和懸掛張力,由于球是光滑的,它們的作用線必須經過球的中心。
(3)力的合成規則:
①平行四邊形法則:求公共點力F1和F2的合力,可以以代表F1和F2的線段為鄰邊作平行四邊形,其對角線代表合力的大小和方向,如圖所示在圖a中。
②三角形法則:求F1和F2的合力,可以將代表F1和F2的有向線段首尾相連。 從F1的起點到F2的終點的有向線段代表合力F的大小和方向,如圖b所示。
2.合力的計算
(1)合力的大?。喝魞晒颤c力F1、F2夾角為θ,根據余弦定理,合力的大小為: 。
合力的范圍為:|F1-F2|≤F≤F1+F2,
還可以看出,合力可以大于分力,可以小于分力,或者可以等于分力。 (合力與分力的關系是平行四邊形的對角線與鄰邊的關系;對角線可以大于鄰邊力的分解教案,可以小于鄰邊,也可以等于鄰邊;關系合力與分力之間也可以看作是三角形三邊之間的關系,任意兩條邊之和大于第三條邊,任意兩條邊之差小于第三條邊邊。)
(3)同一條直線上的矢量運算:當多個力在一條直線上時,首先選擇直線上的正方向,同一方向的力取正值力的分解教案,否則取負值,然后進行代數運算求出合力。 此時“+”或“-”僅代表方向,不代表大小。
(4)同一根輕繩各處的張力相等。 另外,當兩個相等的力之間的角度為1200時,合力等于兩個分力。
3、力的分解
(1)分解某個力時,應根據該力所產生的實際效果或根據問題的需要來分解。
(2) 確定解存在條件:
① 已知合力和兩個分力的方向,求兩個分力的大小。 (有獨特的解決方案)
②已知合力和一個分力的大小和方向,求另一分力的大小和方向。 (有一套解法或者有兩套解法)
③已知合力、一個分力F1的大小和另一分力F2的方向,求F1的方向和F2的大小。 (有兩個或唯一的解決方案)
(3)力的正交分解:將已知的力分解為兩個相互垂直的方向的方法。 利用力的正交分解方法可以求出幾個已知公共點力的合力,可以將不同方向的矢量運算簡化為同一條直線上的矢量運算。
力分解的關鍵是根據力的作用畫出力的平行四邊形,然后將其轉化為根據邊和角之間的關系可以求解的幾何問題。
4.處理力的合成與分解問題的方法
① 力的圖形表示法:根據力的圖形表示法,畫一個平行四邊形,然后測量對角線的長度,求出方向。
② 代數計算方法:根據正弦或余弦定律求解三角形。
③正交分解法:先將各力沿相互垂直的方向分解,然后求各方向的合力,然后綜合。
④多邊形法:依次連接每個力的端點,從第一個力的起點到最后一個力的終點的有向線段代表合力的大小和方向。
練習題
[例2] 分解力。 如果一個分量的大小和另一個分量的方向已知,則以下正確的是( )
A. 只有一種解 B. 必須有兩種解
C。 可能有無數組解 D.可能有兩個解