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浅谈力的分解
【关键词】 ;
【正文】 力学是高中物理教学中最重要的一部分内容,它是学好高中物理的基础。学好力学知识不仅是解决有关力的问题的根本,也是解决其他物理问题的关键。力的分解是力学重要的基本知识之一,它是力的合成的逆运算。掌握力的分解是中学物理学习中的必备基本能力,对于学生更好地学习物理基础知识来说具有非常重要的作用。下面我谈一下如何进行力的分解。
一、限定条件下进行分解
力的分解是已知合力求分力的过程,遵循原则是平行四边形定则:把一个已知力F作为平行四边形的一条对角线做一个平行四边形,那么与力F交点的平行四边形的两邻边,叫表示力F的两个分力,如果没有限制对于同一条对角线可以做出无数个不同的平行四边形。也就是说同一个力F可以分解为无数对大小,方向不同的分力,这样分解是没有实际意义的。那么一个已知力究竟应该怎样分解,才能得到确定的相对应的分力呢?我们可以把分力加上限制条件。
(1) 已知分力F和两个分力的方向时,有唯一解:
(2) 已知合力和一个分力的大小和方向时,有唯一解:
(3) 已知合力以及两个分力大小时有两组解或无解(当|F1-F2|>F或F>F1+F2时无解)
4、已知合力以及一个分力的大小和另一个分力方向时,有下面几种可能:
①当Fsin α<F2<F时,有两解,如图甲所示.
②当F2=Fsin α时,有唯一解,如图乙所示.
③当F2<Fsin α时,无解,如图丙所示.
④当F2>F时,有唯一解,如图丁所示.
二、按实际作用效果进行分解
对一个实际力的分解问题,关键是根据力的作用效果确定力的分解方向,然后再画出力的平行四边形。这样问题就转化为了一个根据已知边角关系进行求解的几何问题,其基本思路可以表示为:
例1如图、在倾角θ=30°的斜面上 有一块竖直放置的档板,在档板和斜面之间放置一个重为G=20N的光滑圆球,试求这个球对斜面的压力和对档板的压力。
解析:球的重力产生两个作用效果:一个是使球垂面压紧档板的分力F2一个是使球垂面压紧斜面的分力F1
例2、如图所示,用绳将重球挂在光滑墙上,绳与竖直墙的夹角为θ,求球对墙的压力和绳子中张力.
解析:将重球受到的重力进行分解,重力产生两个效果.第一,使绳绷紧产生形变,由于绳的形变沿绳的方向,故重力作用的这个效果用重力沿绳方向的分力G1来表示;第二,重力作用使球水平向左挤压竖直墙面,使墙产生形变,重力的这一效果用垂直接触面的分力G2表示,作出平行四边形. 由力的平行四边形定则得:
由球处于平衡态可知:球对墙的压力大小F=Gtanθ,方向垂直墙面向左;
绳子中的张力大小 F= ■ 方向沿绳子收缩的方向
思考:当绳与竖直墙的夹角θ增大时,这两个力的大小如何变化?
三、按照题目的具体要求分解力
按照力的作用效果分解力是分解的基本原则,但在有些具体的题目中,进行力的分解 要视具体问题而定,并利用图形和数学知识进行有关的分析和计算.
例3、 有一个沿正北方向的力F,F=20N,将它沿正东和西北方向(正西和正北方向的角平分线上)分解,那么沿正东方向的分力是
N,沿西北方向的分力是 N。
解析:力的分解矢量图如图所示,由三角形知识可得,沿西北方向的分力F1=28.28N,沿正东方向的分力为F2=20N.
四、 正交分解法分解力
对于物体受力比较多时,利用上面两种方法分解力比较麻烦,而运用力的正交分解法能使问题变得十分方便快捷.?
具体步骤如下: 1.选择恰当的直角坐标系Oxy,把不在坐标轴上的力沿坐标轴x、y方向进行分解.
2. ?分别求出x轴方向的合力Fx和y轴方向的合力Fy.
3. ?合力的大小为F=■ ,
合力F与x轴方向的夹角为θ,则 tanθ= Fy/Fx
例4、大小均为F的三个力共同作用在O点,如图所示,F1、F2与F3之间的夹角均为60°,求合力。
解析:以O点为原点,F1为x轴建立直角坐标.
(1)分别把各个力分解到两个坐标轴上,如图所示:
F2X=F2 cos 600
F2Y=F2 sin 600
F3X=F3cos 600
F3Y=F3sin 600
(2) 然后分别求出x轴和y轴上的合力.
X轴:FX= F1+F2X-F3X =F1+F2 cos 600-F3cos 600 =F
Y轴:Fy=F2Y+F3y=F2 sin 600+F3sin 600 =■F
(3)求出Fx和Fy的合力即是所求的三个力的合力如图所示.
以上是对如何进行有关力的分解的简析。力的分解是力学的基础,学好力的分解对我们以后解决有关力的问题会起到事半功倍的效果。所以我们要在练习中加深对力的分解的理解,这样我们也能更好地学好物理知识。
一、限定条件下进行分解
力的分解是已知合力求分力的过程,遵循原则是平行四边形定则:把一个已知力F作为平行四边形的一条对角线做一个平行四边形,那么与力F交点的平行四边形的两邻边,叫表示力F的两个分力,如果没有限制对于同一条对角线可以做出无数个不同的平行四边形。也就是说同一个力F可以分解为无数对大小,方向不同的分力,这样分解是没有实际意义的。那么一个已知力究竟应该怎样分解,才能得到确定的相对应的分力呢?我们可以把分力加上限制条件。
(1) 已知分力F和两个分力的方向时,有唯一解:
(2) 已知合力和一个分力的大小和方向时,有唯一解:
(3) 已知合力以及两个分力大小时有两组解或无解(当|F1-F2|>F或F>F1+F2时无解)
4、已知合力以及一个分力的大小和另一个分力方向时,有下面几种可能:
①当Fsin α<F2<F时,有两解,如图甲所示.
②当F2=Fsin α时,有唯一解,如图乙所示.
③当F2<Fsin α时,无解,如图丙所示.
④当F2>F时,有唯一解,如图丁所示.
二、按实际作用效果进行分解
对一个实际力的分解问题,关键是根据力的作用效果确定力的分解方向,然后再画出力的平行四边形。这样问题就转化为了一个根据已知边角关系进行求解的几何问题,其基本思路可以表示为:
例1如图、在倾角θ=30°的斜面上 有一块竖直放置的档板,在档板和斜面之间放置一个重为G=20N的光滑圆球,试求这个球对斜面的压力和对档板的压力。
解析:球的重力产生两个作用效果:一个是使球垂面压紧档板的分力F2一个是使球垂面压紧斜面的分力F1
例2、如图所示,用绳将重球挂在光滑墙上,绳与竖直墙的夹角为θ,求球对墙的压力和绳子中张力.
解析:将重球受到的重力进行分解,重力产生两个效果.第一,使绳绷紧产生形变,由于绳的形变沿绳的方向,故重力作用的这个效果用重力沿绳方向的分力G1来表示;第二,重力作用使球水平向左挤压竖直墙面,使墙产生形变,重力的这一效果用垂直接触面的分力G2表示,作出平行四边形. 由力的平行四边形定则得:
由球处于平衡态可知:球对墙的压力大小F=Gtanθ,方向垂直墙面向左;
绳子中的张力大小 F= ■ 方向沿绳子收缩的方向
思考:当绳与竖直墙的夹角θ增大时,这两个力的大小如何变化?
三、按照题目的具体要求分解力
按照力的作用效果分解力是分解的基本原则,但在有些具体的题目中,进行力的分解 要视具体问题而定,并利用图形和数学知识进行有关的分析和计算.
例3、 有一个沿正北方向的力F,F=20N,将它沿正东和西北方向(正西和正北方向的角平分线上)分解,那么沿正东方向的分力是
N,沿西北方向的分力是 N。
解析:力的分解矢量图如图所示,由三角形知识可得,沿西北方向的分力F1=28.28N,沿正东方向的分力为F2=20N.
四、 正交分解法分解力
对于物体受力比较多时,利用上面两种方法分解力比较麻烦,而运用力的正交分解法能使问题变得十分方便快捷.?
具体步骤如下: 1.选择恰当的直角坐标系Oxy,把不在坐标轴上的力沿坐标轴x、y方向进行分解.
2. ?分别求出x轴方向的合力Fx和y轴方向的合力Fy.
3. ?合力的大小为F=■ ,
合力F与x轴方向的夹角为θ,则 tanθ= Fy/Fx
例4、大小均为F的三个力共同作用在O点,如图所示,F1、F2与F3之间的夹角均为60°,求合力。
解析:以O点为原点,F1为x轴建立直角坐标.
(1)分别把各个力分解到两个坐标轴上,如图所示:
F2X=F2 cos 600
F2Y=F2 sin 600
F3X=F3cos 600
F3Y=F3sin 600
(2) 然后分别求出x轴和y轴上的合力.
X轴:FX= F1+F2X-F3X =F1+F2 cos 600-F3cos 600 =F
Y轴:Fy=F2Y+F3y=F2 sin 600+F3sin 600 =■F
(3)求出Fx和Fy的合力即是所求的三个力的合力如图所示.
以上是对如何进行有关力的分解的简析。力的分解是力学的基础,学好力的分解对我们以后解决有关力的问题会起到事半功倍的效果。所以我们要在练习中加深对力的分解的理解,这样我们也能更好地学好物理知识。
- 【发布时间】2018/12/30 19:20:06
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