正交分解法

正交分解法

物理學術語
正交分解法是求合力的一種方法。就是将受力物體所受外力平移到平面坐标系的原點(限同一平面内的共點力)并沿選定的相互垂直的x軸和y軸方向分解,然後分别求出x軸方向、y軸方向的合力ΣFx、ΣFy,由于ΣFx、ΣFy相互垂直,可利用勾股定理方便的求出物體所受外力的合力ΣF大小和方向。
    中文名:正交分解法 外文名: 适用領域: 所屬學科: 英文名:Orthogonal decomposition method 運用條件:物體受到多個方向的外力作用 原則:少分解力和容易分解 目的:用代數運算公式來解決矢量的運算 應用學科:物理

概述

物體受多個力作用,可将各個力沿兩個相互垂直的方向進行正交分解,再沿這兩個方向分别求出x與y軸的合力。正交分解法是處

理多個力作用用問題的基本方法,也是最常用的方法。

條件意義

求多個共點力合成時,如果連續運用平行四邊形定則求解,一般來說要解若幹個斜三角形,一次又一次地求部分合力的大小和方向。計算過程顯得十分複雜,如果采用力的正交分解法求合力,計算過程就顯得較為明了。其基本思想是先分解再合成。

運用條件

物體受到多個方向的外力作用均可使用正交分解法。

運用步驟

第一步,立正交x、y坐标,這是最重要的一步,x、y坐标的設立,并不一定是水平與豎直方向,可根據問題方便來設定方向,不過x與y的方向一定是相互垂直而正交。

第二步,将題目所給定跟要求的各矢量沿x、y方向分解,求出各分量,凡跟x、y軸方向一緻的為正;凡與x、y軸反向為負,标以“一”号,凡跟軸垂直的矢量,該矢量在該軸上的分量為0,這是關鍵的一步。

第三步,根據在各軸方向上的運動狀态列方程,這樣就把矢量運算轉化為标量運算;若各時刻運動狀态不同,應根據各時間區間的狀态,分階段來列方程。這是此法的核心一步。

第四步,根據各x、y軸的分量,求出該矢量的大小,一定要表明方向,這是最終的一步。在高中物理學習中,正确應用正交分解法能夠使一些複雜的問題簡單化,并有效的降低解題難度。力的正交分解法在整個動力學中都有着非常重要的作用。

目的原則

目的

把力沿着兩個經選定的互相垂直的方向分解叫力的正交分解法,在多個共點力作用下,運用正交分解法的目的是用代數運算公式來解決矢量的運算。在力的正交分解法中,分解的目的是為了求合力,尤其适用于物體受多個力的情況,物體受到F1,F2,F3…,求合力F時,可把各力沿相互垂直的x軸,y軸分解,則在x軸方向各力的分力分别為 F1x,F2x,F3x…,在y軸方向各力的分力分别為F1y,F2y,F3y….那麼在x軸方向的合力Fx = F1x+ F2x+ F3x+ … ,在y軸方向的合力Fy= F2y+ F3y+ F3y+…合力,設合力與x軸的夾角為θ,則在運用正交分解法解題時,關鍵是如何确定直角坐标系。

原則

在靜力學中,以少分解力和容易分解力為原則;在動力學中,以加速方向和垂直加速度方向為坐标軸建立坐标,這樣使牛頓第二定律表達式為:F=ma。

應用舉例

例:已知:F1,F2為F的分力,F的角度為37,物體重力為G,動摩擦因數為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

正壓力=mg·cos角度

注意

1、力是矢量F′在X軸Y軸上的分矢量F′x和F′y是矢量,分量為正值表示分矢量的方向跟坐标軸的方向相同,分量為負值表示分矢量的方向跟坐标軸的方向相反。

2、确定矢量正交分量的坐标軸,不一定是取豎直方向和水平方向。例如,分析物體在斜面上的受力情況,一般選取x軸與斜面平行,y軸與斜面垂直。坐标軸的選取是以使問題的分析簡化為原則。通常選取坐标軸的方法是:選取一條坐标軸與物體運動的加速度的方向相同(包括處理物體在斜面上運動的問題),以求使物體沿另一條坐标軸的加速度為零,這樣就可得到外力在該坐标軸上的分量之和為零,從而給解題帶來方便。

3、正交分解法适用于求多個力的合力。在分解時,要注意根據實際情況讓盡量多的力落在平面直角坐标系中。

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