正交分解法

正交分解法

物理学术语
正交分解法是求合力的一种方法。就是将受力物体所受外力平移到平面坐标系的原点(限同一平面内的共点力)并沿选定的相互垂直的x轴和y轴方向分解,然后分别求出x轴方向、y轴方向的合力ΣFx、ΣFy,由于ΣFx、ΣFy相互垂直,可利用勾股定理方便的求出物体所受外力的合力ΣF大小和方向。
    中文名:正交分解法 外文名: 适用领域: 所属学科: 英文名:Orthogonal decomposition method 运用条件:物体受到多个方向的外力作用 原则:少分解力和容易分解 目的:用代数运算公式来解决矢量的运算 应用学科:物理

概述

物体受多个力作用,可将各个力沿两个相互垂直的方向进行正交分解,再沿这两个方向分别求出x与y轴的合力。正交分解法是处

理多个力作用用问题的基本方法,也是最常用的方法。

条件意义

求多个共点力合成时,如果连续运用平行四边形定则求解,一般来说要解若干个斜三角形,一次又一次地求部分合力的大小和方向。计算过程显得十分复杂,如果采用力的正交分解法求合力,计算过程就显得较为明了。其基本思想是先分解再合成。

运用条件

物体受到多个方向的外力作用均可使用正交分解法。

运用步骤

第一步,立正交x、y坐标,这是最重要的一步,x、y坐标的设立,并不一定是水平与竖直方向,可根据问题方便来设定方向,不过x与y的方向一定是相互垂直而正交。

第二步,将题目所给定跟要求的各矢量沿x、y方向分解,求出各分量,凡跟x、y轴方向一致的为正;凡与x、y轴反向为负,标以“一”号,凡跟轴垂直的矢量,该矢量在该轴上的分量为0,这是关键的一步。

第三步,根据在各轴方向上的运动状态列方程,这样就把矢量运算转化为标量运算;若各时刻运动状态不同,应根据各时间区间的状态,分阶段来列方程。这是此法的核心一步。

第四步,根据各x、y轴的分量,求出该矢量的大小,一定要表明方向,这是最终的一步。在高中物理学习中,正确应用正交分解法能够使一些复杂的问题简单化,并有效的降低解题难度。力的正交分解法在整个动力学中都有着非常重要的作用。

目的原则

目的

把力沿着两个经选定的互相垂直的方向分解叫力的正交分解法,在多个共点力作用下,运用正交分解法的目的是用代数运算公式来解决矢量的运算。在力的正交分解法中,分解的目的是为了求合力,尤其适用于物体受多个力的情况,物体受到F1,F2,F3…,求合力F时,可把各力沿相互垂直的x轴,y轴分解,则在x轴方向各力的分力分别为 F1x,F2x,F3x…,在y轴方向各力的分力分别为F1y,F2y,F3y….那么在x轴方向的合力Fx = F1x+ F2x+ F3x+ … ,在y轴方向的合力Fy= F2y+ F3y+ F3y+…合力,设合力与x轴的夹角为θ,则在运用正交分解法解题时,关键是如何确定直角坐标系。

原则

在静力学中,以少分解力和容易分解力为原则;在动力学中,以加速方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标,这样使牛顿第二定律表达式为:F=ma。

应用举例

例:已知:F1,F2为F的分力,F的角度为37,物体重力为G,动摩擦因数为0.5.

求:f的大小,加速度的大小

解:F1=Sin37*F F2=Cos37*F

f=μN=0.5*(G-Sin37*F) F合=F2-f=m*a

a=(cos37*F-(0.5*(G-Sin37*F))/(G/g)

注:斜面上的重力分解

下滑力=mg·sin角度

正压力=mg·cos角度

注意

1、力是矢量F′在X轴Y轴上的分矢量F′x和F′y是矢量,分量为正值表示分矢量的方向跟坐标轴的方向相同,分量为负值表示分矢量的方向跟坐标轴的方向相反。

2、确定矢量正交分量的坐标轴,不一定是取竖直方向和水平方向。例如,分析物体在斜面上的受力情况,一般选取x轴与斜面平行,y轴与斜面垂直。坐标轴的选取是以使问题的分析简化为原则。通常选取坐标轴的方法是:选取一条坐标轴与物体运动的加速度的方向相同(包括处理物体在斜面上运动的问题),以求使物体沿另一条坐标轴的加速度为零,这样就可得到外力在该坐标轴上的分量之和为零,从而给解题带来方便。

3、正交分解法适用于求多个力的合力。在分解时,要注意根据实际情况让尽量多的力落在平面直角坐标系中。

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