主题一:物体的受力分析
(1)物体受力分析
物体由于受到不同的力而处于不同的运动状态。 要研究物体的运动,就必须分析物体所受的力。 正确分析物体的受力是研究热问题的关键,是必须掌握的基本技能。
如何分析物体受力? 主要基于力的概念,从物体所在的环境(有多少个物体接触)和运动状态出发,分析其与环境中其他物体的相互联系。 具体分析方法为:
1.确定研究对象,然后找出周围的哪些对象对其产生影响。
不要寻找这个物体对其他物体施加的力。 例如,所研究的对象称为A,因此应找到“A对A”和“B对A”和“C对A”的力...以及诸如“A对A”或“ A到B”并不是A上的力。不要误认为作用在其他物体上的力是通过“力的传递”作用在研究对象上的。
2、养成循序渐进分析的习惯。
先画重力:作用点画在物体的重心处。
其次力的正交分解法图片,画出接触力(弹力和摩擦力):逆时针(或顺时针)观察研究对象一周,看看研究对象与其他物体有多少个接触点(面)。 ,然后画出弹力,如果仍有相对运动或趋势,则画出摩擦力。 解剖完这个接触点(面)后,依次分析其他接触点(面)。
然后画出其他场力:看看是否有电场和磁场,如果有,画出场力。
3、绘制受力图后进行测试。
检查每个所施加的力,找出其施力对象。 如果没有施力物体,力就一定不存在。 特别是检查分析结果时,可以将研究对象置于标题给出的运动状态,否则难免会出现用力过大或漏力的现象。
4、如果力的方向无法确定,可以采用假设法进行分析。
首先假设这个力不存在,观察所研究的物体如何运动,然后考察这个力应该朝哪些方向,研究对象能够满足给定的运动状态。
5、合力和分力不能重复列为物体上的力。
力的合成和分解过程是合力和分力“等价替换”的过程,合力和分力不能同时存在。 在分析物体所受的力时,如果已经考虑了某个力,则不能考虑其分力。 例如,在分析斜坡上的物体所受的力时,物体所受的重力和“滑动力”不能列为物体所受的力,因为“滑动力”是物体所受重力的函数沿着斜坡的方向。 参加。
主题二:力的正交分解法
1、定义:力沿选定的两个相互垂直的方向分解,称为力的正交分解法。
说明:正交分解法是一种非常有用的方法,特别是当物体受到三个或更多公共点力的影响时。
2.正交分解原理
通过代数运算可以得到两个或多个力在直线上的合力。当物体受到多个力时
然而,当这些力只是共面而不共线时,用平行四边形法则求解合力就不方便了。因此,我们构造一个笛卡尔坐标系,首先将各个力在两个相互垂直的坐标轴上正交分解,得到两个不同的方向
上面的合力 Fx 和 Fy 可以通过 F = 结合起来得到合力。
说明:“分离”的目的是为了更方便的“组合”
正交分解法的步骤:
(1) 以力的作用点为原点建立笛卡尔坐标系,并标出x轴和y轴。 如果此时物体处于平衡状态,则可以根据方便选择两个轴的方向。
(2) 将与坐标轴不重合的力分解为x轴方向和y轴方向两个分力,并标记在图上,用符号Fx和Fy表示。
(3) 在图上标出力与 x 轴或力与 y 轴的倾斜角度,然后列出 Fx 和 Fy 的物理表达式。 例如:F与x轴的倾斜角度为θ,则Fx=Fcosθ,Fy=Fsinθ。 与两轴重合的力不需要分解。
(4) 枚举x轴方向各分力的合力和y轴方向各分力的合力的两个多项式,然后求解。
【典型例子】
例1、如图所示,用绳索AC和BC举起重100N的物体。 两根绳索AC和BC与垂直方向的倾斜角度分别为30°和45°。 求:绳索AC和BC对物体的拉力大小。
解:这道题可以用平行四边形定则来解决,但由于倾斜角不是特殊的角度,估计起来比较麻烦。 改用正交分解法估计就容易多了。首先以C为原点,做一个直角坐标系,水平设置x轴,垂直设置y轴,并标记
求FAC和FBC在x轴和y轴上的分力。 现在:
FACx=°==°=FAC
FBCx=°==°=FBC
在 x 轴上, 大小相等,即 FAC=FBC (1) 在 y 轴上,FACy 和 FBCy 的合力等于重力
即FAC+FBC=100 (2)
求解(1) (2) 得到绳索的拉力BC FBC=25(-)N=25(-1)N
钢丝绳拉力FAC AC=50(-1)N
例2 如图所示,重力为500N的人在定滑轮上用轻绳拉动重200N的物体。 当绳子与水平面成60°角时,物体处于静止状态。 忽略滑轮与绳索之间的摩擦力,寻求地面对人的支撑和摩擦力。
分析:当人和重物静止时,合力为零。 通过分析物体,绳子的拉力F等于物体的重量200N; 人受到四种力的作用,绳子的拉力可以通过分解来解决。
解:如图所示,将绳子的拉力分解为
水平力Fx=°=200×N=100N
垂直分力Fy=°=200×N=100N
在x轴上,两个力F'和Fx处于平衡状态力的正交分解法图片,因此静摩擦力F'=Fx=100N
在y轴上,三个力平衡,使地面面向人的支撑力
FN=G-Fy=(500-100)N=100(5-)N
例3.如图所示:一个重力为G的光滑球体用一根细绳子绑在垂直的墙上。 如图所示,当绳子的宽度减小时,绳子对球的拉力T和壁对球的弹力N是减小或减小的。
图(一)
解:根据球的平衡条件=0,用已知的力G求出未知的力T和N。
(1)明确对象并进行受力分析,如图(a)所示,小球受到G、N、T作用,绳索与墙壁的倾斜角度为θ。
(二)评选方法:
A.合成法:因为=0。 因此,任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反。如图(b)所示,合力T? N 和 G,根据平行四边形定律,T?=T,则
图(b) 图(c)
B.分解法:因=0。 因此,任意一个力在另外两个力方向上的分力与该力大小相等、方向相反且平衡。 如图(c)所示,将G在T、N方向分解有T?=T,N?=N。仍然可用
。
C、采用正交分解法:构造笛卡尔坐标系。如图(d)所示,由于球主体=0,所以必须同时满足
,
。 需要深入理解三种解决方案,针对具体问题灵活运用,并讨论结果: