主題一:物體的受力分析
(1)物體受力分析
物體由于受到不同的力而處于不同的運動狀態。 要研究物體的運動,就必須分析物體所受的力。 正確分析物體的受力是研究熱問題的關鍵,是必須掌握的基本技能。
如何分析物體受力? 主要基于力的概念,從物體所在的環境(有多少個物體接觸)和運動狀態出發,分析其與環境中其他物體的相互聯系。 具體分析方法為:
1.確定研究對象,然后找出周圍的哪些對象對其產生影響。
不要尋找這個物體對其他物體施加的力。 例如,所研究的對象稱為A,因此應找到“A對A”和“B對A”和“C對A”的力...以及諸如“A對A”或“ A到B”并不是A上的力。不要誤認為作用在其他物體上的力是通過“力的傳遞”作用在研究對象上的。
2、養成循序漸進分析的習慣。
先畫重力:作用點畫在物體的重心處。
其次力的正交分解法圖片,畫出接觸力(彈力和摩擦力):逆時針(或順時針)觀察研究對象一周,看看研究對象與其他物體有多少個接觸點(面)。 ,然后畫出彈力,如果仍有相對運動或趨勢,則畫出摩擦力。 解剖完這個接觸點(面)后,依次分析其他接觸點(面)。
然后畫出其他場力:看看是否有電場和磁場,如果有,畫出場力。
3、繪制受力圖后進行測試。
檢查每個所施加的力,找出其施力對象。 如果沒有施力物體,力就一定不存在。 特別是檢查分析結果時,可以將研究對象置于標題給出的運動狀態,否則難免會出現用力過大或漏力的現象。
4、如果力的方向無法確定,可以采用假設法進行分析。
首先假設這個力不存在,觀察所研究的物體如何運動,然后考察這個力應該朝哪些方向,研究對象能夠滿足給定的運動狀態。
5、合力和分力不能重復列為物體上的力。
力的合成和分解過程是合力和分力“等價替換”的過程,合力和分力不能同時存在。 在分析物體所受的力時,如果已經考慮了某個力,則不能考慮其分力。 例如,在分析斜坡上的物體所受的力時,物體所受的重力和“滑動力”不能列為物體所受的力,因為“滑動力”是物體所受重力的函數沿著斜坡的方向。 參加。
主題二:力的正交分解法
1、定義:力沿選定的兩個相互垂直的方向分解,稱為力的正交分解法。
說明:正交分解法是一種非常有用的方法,特別是當物體受到三個或更多公共點力的影響時。
2.正交分解原理
通過代數運算可以得到兩個或多個力在直線上的合力。當物體受到多個力時
然而,當這些力只是共面而不共線時,用平行四邊形法則求解合力就不方便了。因此,我們構造一個笛卡爾坐標系,首先將各個力在兩個相互垂直的坐標軸上正交分解,得到兩個不同的方向
上面的合力 Fx 和 Fy 可以通過 F = 結合起來得到合力。
說明:“分離”的目的是為了更方便的“組合”
正交分解法的步驟:
(1) 以力的作用點為原點建立笛卡爾坐標系,并標出x軸和y軸。 如果此時物體處于平衡狀態,則可以根據方便選擇兩個軸的方向。
(2) 將與坐標軸不重合的力分解為x軸方向和y軸方向兩個分力,并標記在圖上,用符號Fx和Fy表示。
(3) 在圖上標出力與 x 軸或力與 y 軸的傾斜角度,然后列出 Fx 和 Fy 的物理表達式。 例如:F與x軸的傾斜角度為θ,則Fx=Fcosθ,Fy=Fsinθ。 與兩軸重合的力不需要分解。
(4) 枚舉x軸方向各分力的合力和y軸方向各分力的合力的兩個多項式,然后求解。
【典型例子】
例1、如圖所示,用繩索AC和BC舉起重100N的物體。 兩根繩索AC和BC與垂直方向的傾斜角度分別為30°和45°。 求:繩索AC和BC對物體的拉力大小。
解:這道題可以用平行四邊形定則來解決,但由于傾斜角不是特殊的角度,估計起來比較麻煩。 改用正交分解法估計就容易多了。首先以C為原點,做一個直角坐標系,水平設置x軸,垂直設置y軸,并標記
求FAC和FBC在x軸和y軸上的分力。 現在:
FACx=°==°=FAC
FBCx=°==°=FBC
在 x 軸上, 大小相等,即 FAC=FBC (1) 在 y 軸上,FACy 和 FBCy 的合力等于重力
即FAC+FBC=100 (2)
求解(1) (2) 得到繩索的拉力BC FBC=25(-)N=25(-1)N
鋼絲繩拉力FAC AC=50(-1)N
例2 如圖所示,重力為500N的人在定滑輪上用輕繩拉動重200N的物體。 當繩子與水平面成60°角時,物體處于靜止狀態。 忽略滑輪與繩索之間的摩擦力,尋求地面對人的支撐和摩擦力。
分析:當人和重物靜止時,合力為零。 通過分析物體,繩子的拉力F等于物體的重量200N; 人受到四種力的作用,繩子的拉力可以通過分解來解決。
解:如圖所示,將繩子的拉力分解為
水平力Fx=°=200×N=100N
垂直分力Fy=°=200×N=100N
在x軸上,兩個力F'和Fx處于平衡狀態力的正交分解法圖片,因此靜摩擦力F'=Fx=100N
在y軸上,三個力平衡,使地面面向人的支撐力
FN=G-Fy=(500-100)N=100(5-)N
例3.如圖所示:一個重力為G的光滑球體用一根細繩子綁在垂直的墻上。 如圖所示,當繩子的寬度減小時,繩子對球的拉力T和壁對球的彈力N是減小或減小的。
圖(一)
解:根據球的平衡條件=0,用已知的力G求出未知的力T和N。
(1)明確對象并進行受力分析,如圖(a)所示,小球受到G、N、T作用,繩索與墻壁的傾斜角度為θ。
(二)評選方法:
A.合成法:因為=0。 因此,任意兩個力的合力與第三個力大小相等、方向相反。如圖(b)所示,合力T? N 和 G,根據平行四邊形定律,T?=T,則
圖(b) 圖(c)
B.分解法:因=0。 因此,任意一個力在另外兩個力方向上的分力與該力大小相等、方向相反且平衡。 如圖(c)所示,將G在T、N方向分解有T?=T,N?=N。仍然可用
。
C、采用正交分解法:構造笛卡爾坐標系。如圖(d)所示,由于球主體=0,所以必須同時滿足
,
。 需要深入理解三種解決方案,針對具體問題靈活運用,并討論結果: