摘要
這篇文章主要介紹的是力的正交分解的基本概念、具體解題步驟,以及正交分解與普通的力的分解間的關(guān)系。力的正交分解是受力剖析中十分重要的一步。
在小學(xué)階段,我們研究的所有的力高中物理力的正交分解畫(huà)圖,都是基于一維方向的。力的運(yùn)算也很簡(jiǎn)單,總是方向相反,或則方向相同的,要么是乘法(方向相同時(shí)),要么就是加法(方向相反時(shí))。
從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看,物體受力常常很復(fù)雜,大多都不在一條直線(xiàn)上,不是一維的加加法關(guān)系,總是有一定的傾角的,怎么來(lái)求解和估算呢?
或則說(shuō),力的合成與分解是解決不在一條直線(xiàn)上的力的運(yùn)算的。力的分解估算中高中物理力的正交分解畫(huà)圖,最為常考的,就是力的正交分解法
力的正交分解概念
物體受多個(gè)力作用,我們可將各個(gè)力沿兩個(gè)互相垂直的方向進(jìn)行正交分解(投影),之后再分別沿這兩個(gè)方向求出合力。
力的正交分解,是力的分解的特殊情況
力的正交分解,是力的分解的一種特殊情況,是物體所遭到的力,在兩個(gè)正交的座標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行投影運(yùn)算的。回歸基本原理:力的正交分解與普通的力的合成與分解,都遵守矢量的平行四邊形定則。
正交分解法步驟
(1)構(gòu)建座標(biāo)系
正確選擇直角座標(biāo)系,通常來(lái)說(shuō),我們選共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為原點(diǎn),水平方向或物體運(yùn)動(dòng)的加速度方向?yàn)閄軸,垂直的軸規(guī)定為Y軸。
(2)正交分解所有的力。即分別借助三角函數(shù)正正切關(guān)系,將各力投影在兩個(gè)座標(biāo)軸上,分別求出座標(biāo)軸上的合外力大小。
X軸方向
Fx=F1x+F2x+…+Fnx
Y軸方向
Fy=F1y+F2y+…+Fny
物體所受的合外力的大小為F=√Fx2=Fy2(根號(hào)下Fx、Fy的平方之和;可能網(wǎng)頁(yè)轉(zhuǎn)碼有失誤),合力方向(通常用F合與x軸的傾角來(lái)表示)可由平行四邊形法則或則通過(guò)力的封閉三角形法則來(lái)求得。
前面,就是依據(jù)牛頓第二定理、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),或則機(jī)械能、動(dòng)量等相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行估算了。力的正交分解步驟,就到此為止。
正交分解的誘因?
為何要對(duì)力進(jìn)行正交分解呢?我們物理學(xué)習(xí)了座標(biāo)系的概念,在兩個(gè)垂直的座標(biāo)軸上,進(jìn)行力的運(yùn)算(投影)就有了物理根據(jù)。還有,就是三角函數(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí),也為力的正交投影提供了理論支撐。
力的分解運(yùn)算,是受力剖析中十分重要的一步,也是接出來(lái)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定理和能量動(dòng)量的考點(diǎn),對(duì)物體的動(dòng)力學(xué)行為和能量問(wèn)題進(jìn)行深入剖析的基礎(chǔ)。
就給朋友們梳理那些內(nèi)容,受力剖析是數(shù)學(xué)學(xué)中十分重要的考點(diǎn),力的正交分解,是解決受力問(wèn)題的重要工具和技巧。不僅在正交座標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行力的分解外,力的封閉三角形法則也是一個(gè)補(bǔ)充受力剖析手段。那些內(nèi)容,你們可以到小學(xué)數(shù)學(xué)網(wǎng)查閱我們整理的文章,把這兒的內(nèi)容把握牢靠。
參考文獻(xiàn)
平行四邊形法則
文章作者
文/蘇陽(yáng);中學(xué)數(shù)學(xué)班主任,化學(xué)網(wǎng)兼職編輯。