快捷搜索:  汽车  科技

力分解的示意图(3.4力的分解)

力分解的示意图(3.4力的分解)接下来分析正交分解的应用。例:一个倾斜向上的力分解到水平和竖直方向,这是不是正交分解?是的!经过这么一个动作,是不是不用看这个不清楚其内涵,有点不伦不类的力了?这两个分力作用在这个点上。这个力在干什么?是不是水平拽呀?那个力在干什么?是不是竖直提呀?哎,它也很好理解!也就是说经过这么一个小动作,我们拆解以后,力的个数比刚才的一个增加了,但是每一个都好理解了。体会一下,是这意思吧?力的个数孙然增加了,但是每一个看的都这么舒服啊:这个水平拉,这个竖直提。这就显示出力分解的优越性来了;那还可以怎么分呢?把一个力这样分,是不是正交分解?也是啊,只要两分力互相垂直就是正交分解。二、力的分解举例最常用的、最特殊的实际情况,是这样的一种力的分解方式——“正交分解”:当两个分力间相互垂直时的力的分解方式。正交分解的过程是将力先分解后合成,一次分解两次合成,分解的目的是为了合成。选取正交的方向是正交分解解题

一、力的分解

天下大事,分久必合合久必分。我们知道,求几个力的合力可以使问题简洁明了。如果把这个合力拆分,叫做力的分解。就像减法是加法的逆运算,力的分解也是力的合成的逆运算(本质)!不管合成还是分解,都是为了满足问题的需要——“按需分解”。

函数由自变量x、因变量y组成,它们之间通过函数关系f(x)相关联;合力与分力也是如此,只不过它们之间的“函数关系”不是f(x),而是“平行四边形法则”。在函数中,可以有多个x值对应一个y值,称为“多对一”;力的分解亦然。如果没有其它限制,同一条对角线,是不是可以作出无数个平行四边形?也就是说,同一个力是不是可以分解为无数对分力呀?

拆解一个力的时候,若没有任何限制,能够拆出无数种的分力组合。那就麻烦了——人生最痛苦的不是没有选择,而是选择太多!所以你喜欢做单选题。到底应该按哪种组合去拆分呢? 按实际情况。

二、力的分解举例

最常用的、最特殊的实际情况,是这样的一种力的分解方式——“正交分解”:当两个分力间相互垂直时的力的分解方式。正交分解的过程是将力先分解后合成,一次分解两次合成,分解的目的是为了合成。选取正交的方向是正交分解解题的关键。

步骤:1、受力分析;2、正交分解;3、平衡方程/动力学方程。

例:一个倾斜向上的力分解到水平和竖直方向,这是不是正交分解?是的!经过这么一个动作,是不是不用看这个不清楚其内涵,有点不伦不类的力了?这两个分力作用在这个点上。这个力在干什么?是不是水平拽呀?那个力在干什么?是不是竖直提呀?哎,它也很好理解!也就是说经过这么一个小动作,我们拆解以后,力的个数比刚才的一个增加了,但是每一个都好理解了。体会一下,是这意思吧?力的个数孙然增加了,但是每一个看的都这么舒服啊:这个水平拉,这个竖直提。这就显示出力分解的优越性来了;那还可以怎么分呢?把一个力这样分,是不是正交分解?也是啊,只要两分力互相垂直就是正交分解。

力分解的示意图(3.4力的分解)(1)

接下来分析正交分解的应用。

城市的交通渐趋立体化,太原修了很多环形桥。注意观察的话你会发现,汽车要想上这些高架桥怎么办?缺德地图提醒您前方100米有匝道(ramp),是不是要先经过一个长长的引桥?那为什么引桥要修的长长的呢?

引桥就是一个斜面,其上的汽车就是这么一个物体。假设斜面的倾角是θ,我们把汽车的重力做一个正交分解:沿斜面向下的重力下滑分力G1和垂直于斜面向下的重力垂直分力G2(抓地力)。G1 G2和G满足怎样的三角关系呢?这个角度是θ,以后大家记住一个判断方法:两边相互垂直的顶角相等。(八角定理 = 蝴蝶定理)

力分解的示意图(3.4力的分解)(2)

在三角形中,三者的关系是: G1=Gsinθ; G2=Gcosθ

在斜面模型中,sinθ=h/l:高度一定的情况下,斜面长度越长,sinθ的值越小,汽车的下滑分力也越小,可以较容易地上坡、下坡不用狠踩刹车。这就是长长的引桥设计理念的物理基础,也是伽利略斜面实验“冲淡重力”的基础。

接下来,我们再看一个重要的物理概念,在很多物理竞赛中都会用到,就是:摩擦角。其实就是角θ.给汽车换轮胎时要用到一个工具——千斤顶:一个可以支撑住汽车的斜面,汽车停放上去就不会动了,那为什么会这样呢?为什么重达几吨甚至几十吨的汽车不会顺着千斤顶的坡面往下滑呢?

推导:μ=tanθ

力分解的示意图(3.4力的分解)(3)

车在千斤顶上受力分析,一重二弹三摩擦。可以把重力分解在平行于斜面(x)和垂直于斜面(y)两个方向上。因为汽车的状态是静止的,所以在这两个方向上受力必然平衡。也就是说:在这两个方向上各自受到的合力必然为0.根据这个条件,可以在这两个方向上列出两个受力关系。进行化简,得出:μ=tanθ

在这个关系式中,有物体的质量参与吗?没有。也就是说,只要满足μ=tanθ这个条件时,无论物体的质量是多少,都一定可以静止在斜面上,不发生滑动;推广:当μ>tanθ(Ff>G1)时:斜面的最大静摩擦力大于物体的重力下滑分力,更不会滑动;而当μ<tanθ(Ff<G1)时:无论物体多轻都一定会发生滑动,这就是摩擦角的神奇之处。这种现象称之为“封闭自锁现象”。

  1. 力的三角形定则(按需分解)

这里有一个力F1,一个力F2,这两个力的合力是多少?F合等于F1 F2吗?不是,应该使用平行四边形法则。我们做这样一个平行四边形,它的对角线就代表合力的大小和方向。现在,做这样一个小动作,把一个分力F2平移到这个边上,可不可以?可以!大家发现,分力和合力组成了一个什么图形呢?三角形。这就是所谓的“力的三角形”,使用的方法叫“三角形定则”。这个定则不只适用于力,也适用于任何矢量,

举一个位移的例子:一个人从A点出发向北走了4米到达B,然后他又向东走了3米到达C,请问在他运动的全过程中发生的合位移应该如何在图中进行表示?是不是画一条从A指向C的有向线段呢?是的。所以你会很惊奇地发现:原来两个分位移与合位移正好可以组成一个三角形,这就是位移的三角形定则。

定义:将两个分力的首尾端相连,则从第一个分力的始端指向第二个分力末端的有向线段就表示合力。

操作:把平行四边形定则时的一邻边代表的分力移到对应的三角形的边上,构成一个力的三角形。(移花接木→矢量具有平移不变性)

地位:和平行四边形法则等效,互为充分必要条件。

举例:位移的合成。

力分解的示意图(3.4力的分解)(4)

补充矢量、标量的完整定义。

矢量:既有大小又有方向,在它们相加的时候遵从平四(三角形)法则的物理量;

标量:只有大小没有方向,相加时直接算术运算的物理量。

举例:3个苹果加4个苹果等于几个苹果?哎,7个。可别再退了,5个苹果,那就坏了,学傻了,是吧!你将来摆摊的时候准亏。所以数量属于标量。

猜您喜欢: