在公共點力平衡問題中,當研究對象受到四個或四個以上的力時,一般沒有辦法直接通過合力來解決問題。 這時我們采用的方法就是正交分解法。 本文就和大家詳細講一下正交分解法的步驟、解題方法以及注意事項。
正交分解的使用一般有以下五個步驟:
① 選擇研究對象,分析對象的受力情況;
②建立直角坐標系,使盡可能多的力落在坐標軸上;
③ 將不在坐標軸上的力分別沿x軸和y軸分解;
④ 由平衡條件可知,x軸、y軸方向的合力Fx、Fy應分別等于0,并枚舉相應的多項式;
⑤結合相關規律和公式解決問題。
下面以例題的方式詳細講解解題方法以及使用過程中的注意事項。
① 選擇研究對象,分析對象的受力情況;
本題的研究對象是“重量G=100N的物體”
力分析通常按照重力、彈性、摩擦力的順序進行分析。
如果問題中給出一個已知的力,這個已知的力一般是拉力或推力,屬于彈力。 在彈力中,通常先分析已知的力,然后再分析其他彈力。 因此實際分析過程可以按照重力、已知力、彈力、摩擦力的順序進行。
受力分析的過程不僅指出防止泄漏或多重受力的順序,而且需要標準的繪圖和標準的書寫符號。
一力一箭,一力一符!
通常重力用“G”或“mg”表示; 彈力中的支撐力或壓力用“N”或“FN”表示,拉力用“T”或“FT”表示; 摩擦力用“f”或“Ff”表示; 如果問題中給出了符號,則使用問題中的符號,如果存在多個彈力或摩擦力,則使用下標來區分。
本課題的受力分析如下:
重力方向垂直向上;
已知力的方向由問題中給出的方向確定;
彈力的方向垂直于接觸面并指向受力物體,如果是繩索拉力,則沿著繩索收縮的方向;
摩擦力的方向與相對運動的方向或相對運動趨勢的方向相反。
②建立直角坐標系,使盡可能多的力落在坐標軸上;
③ 將不在坐標軸上的力分別沿x軸和y軸分解;
最終受力分析結果如下:
④ 由平衡條件可知,x軸、y軸方向的合力Fx、Fy應分別等于0,并枚舉相應的多項式;
由上圖可知,原來物體受到G、F、N、f4力的作用,F分解為Fx、Fy后,物體就變成受到G、Fx、Fy、N、f5力的作用。
在x軸上,負半軸上的力等于正半軸上的力,
即f=Fx①
在 y 軸上,負半軸上的力等于正半軸上的力,
即N+Fy=mg②
⑤結合相關規律和公式解決問題。
其中Fx=Fcosθ③
Fy=Fsinθ④
結合①-④得f=17.32N力的正交分解法的基本過程,N=90N
通過以上實例的分析,我們可以看出,利用正交分解法解決公共點力平衡問題的關鍵是畫出準確、規范的受力分析圖,而要畫出好的受力分析圖,就需要對受力進行按順序進行分析,并用標準化的符號進行標記。
總之,力分析過程中的每一次偷懶,都會為后續的分析和制定增加一個額外的障礙。
受力分析圖準確、規范,列公式只是“從圖上寫”。
接下來分析兩個樣題。
受力分析過程如下:
最終成品圖如下:
列公式如下:
在x軸上,f=Fx①
y軸上,N=mg+Fy②
其中Fx=Fcosθ③
Fy=Fsinθ④
f=μN⑤
結合①-⑤得:μ=0.4
受力分析流程如圖所示:
受力分析結果如圖所示:
當物體在斜坡上運動時,通常會沿著兩個方向構建笛卡爾坐標系:斜坡和垂直斜坡!
列公式如下:
在x軸上力的正交分解法的基本過程,f+Gx=F①
y軸上,N=Gy②
其中Gx=mgsinθ③
Gy=mgcosθ④
f=μN⑤
結合①-⑤得:m=2kg
結論:
受力分析是整個熱研究的基本技能。 在學習之初就應該認真對待。 基礎打好了,后面的路就會好走。 基礎不扎實,接下來的每一步都會困難重重!