在公共点力平衡问题中,当研究对象受到四个或四个以上的力时,一般没有办法直接通过合力来解决问题。 这时我们采用的方法就是正交分解法。 本文就和大家详细讲一下正交分解法的步骤、解题方法以及注意事项。
正交分解的使用一般有以下五个步骤:
① 选择研究对象,分析对象的受力情况;
②建立直角坐标系,使尽可能多的力落在坐标轴上;
③ 将不在坐标轴上的力分别沿x轴和y轴分解;
④ 由平衡条件可知,x轴、y轴方向的合力Fx、Fy应分别等于0,并枚举相应的多项式;
⑤结合相关规律和公式解决问题。
下面以例题的方式详细讲解解题方法以及使用过程中的注意事项。
① 选择研究对象,分析对象的受力情况;
本题的研究对象是“重量G=100N的物体”
力分析通常按照重力、弹性、摩擦力的顺序进行分析。
如果问题中给出一个已知的力,这个已知的力一般是拉力或推力,属于弹力。 在弹力中,通常先分析已知的力,然后再分析其他弹力。 因此实际分析过程可以按照重力、已知力、弹力、摩擦力的顺序进行。
受力分析的过程不仅指出防止泄漏或多重受力的顺序,而且需要标准的绘图和标准的书写符号。
一力一箭,一力一符!
通常重力用“G”或“mg”表示; 弹力中的支撑力或压力用“N”或“FN”表示,拉力用“T”或“FT”表示; 摩擦力用“f”或“Ff”表示; 如果问题中给出了符号,则使用问题中的符号,如果存在多个弹力或摩擦力,则使用下标来区分。
本课题的受力分析如下:
重力方向垂直向上;
已知力的方向由问题中给出的方向确定;
弹力的方向垂直于接触面并指向受力物体,如果是绳索拉力,则沿着绳索收缩的方向;
摩擦力的方向与相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。
②建立直角坐标系,使尽可能多的力落在坐标轴上;

③ 将不在坐标轴上的力分别沿x轴和y轴分解;
最终受力分析结果如下:
④ 由平衡条件可知,x轴、y轴方向的合力Fx、Fy应分别等于0,并枚举相应的多项式;
由上图可知,原来物体受到G、F、N、f4力的作用,F分解为Fx、Fy后,物体就变成受到G、Fx、Fy、N、f5力的作用。
在x轴上,负半轴上的力等于正半轴上的力,
即f=Fx①
在 y 轴上,负半轴上的力等于正半轴上的力,
即N+Fy=mg②
⑤结合相关规律和公式解决问题。
其中Fx=Fcosθ③
Fy=Fsinθ④
结合①-④得f=17.32N力的正交分解法的基本过程,N=90N
通过以上实例的分析,我们可以看出,利用正交分解法解决公共点力平衡问题的关键是画出准确、规范的受力分析图,而要画出好的受力分析图,就需要对受力进行按顺序进行分析,并用标准化的符号进行标记。
总之,力分析过程中的每一次偷懒,都会为后续的分析和制定增加一个额外的障碍。
受力分析图准确、规范,列公式只是“从图上写”。
接下来分析两个样题。
受力分析过程如下:
最终成品图如下:

列公式如下:
在x轴上,f=Fx①
y轴上,N=mg+Fy②
其中Fx=Fcosθ③
Fy=Fsinθ④
f=μN⑤
结合①-⑤得:μ=0.4
受力分析流程如图所示:
受力分析结果如图所示:
当物体在斜坡上运动时,通常会沿着两个方向构建笛卡尔坐标系:斜坡和垂直斜坡!
列公式如下:
在x轴上力的正交分解法的基本过程,f+Gx=F①
y轴上,N=Gy②
其中Gx=mgsinθ③
Gy=mgcosθ④
f=μN⑤
结合①-⑤得:m=2kg
结论:
受力分析是整个热研究的基本技能。 在学习之初就应该认真对待。 基础打好了,后面的路就会好走。 基础不扎实,接下来的每一步都会困难重重!
