正交分解法(正交分析法)

正交分解法

正交分析法一般指本詞條

正交分解法是:求合力的一種方法。就是將受力物體所受外力平移到平面坐標系的原點(限同一平面內的共點力)並沿選定的相互垂直的x軸和y軸方向分解,然後分別求出x軸方向、y軸方向的合力ΣFx、ΣFy,由於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}。

基本介紹

  • 中文名:正交分解法
  • 外文名: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
概述,條件意義,運用條件,運用步驟,注意,目的原則,目的,原則,套用舉例,

概述

物體受到多個力作用時求其合力,建立平面直角坐標系,將物體受到的各個力移動到平面坐標系的原點(共點力),這時可將各個力沿x軸和y軸方向進行正交分解,然後再分別沿這兩個方向求出合力,正交分解法是處理多個力作用問題的基本方法,值得注意的是,對方向選擇時,儘可能使較多的力落在方向軸上;被分解的力儘可能是已知力。

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,一般來說要解若干個斜三角形,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,如果採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坐標,這是最重要的一步,x、y坐標的設立,並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,將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軸方向一致的為正;凡與x、y軸反向為負,標以“一”號,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態列方程,這樣就把矢量運算轉化為標量運算;若各時刻運動狀態不同,應根據各時間區間的狀態,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,正確套用正交分解法能夠使一些複雜的問題簡單化,並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著非常重要的作用。

注意

在處理力的合成和分解問題時,我們常把力沿兩個互相垂直的方向分解,這種方法叫做力的正交分解法。這是一種很有用的方法,在運用時要注意以下幾點:
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標軸的方向相同,分量為負值表示分矢量的方向跟坐標軸的方向相反。
2.確定矢量正交分量的坐標軸,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。坐標軸的選取是以使問題的分析簡化為原則。通常選取坐標軸的方法是:選取一條坐標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標軸的加速度為零,這樣就可得到外力在該坐標軸上的分量之和為零,從而給解題帶來方便。
3.正交分解法適用於求多個力的合力。在分解時,要注意根據實際情況讓儘量多的力落在平面直角坐標系中。

目的原則

目的

把力沿著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,尤其適用於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別為 F1x,F2x,F3x…,在y軸方向各力的分力分別為F1y,F2y,F3y….那么在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,則要求合力,運用三角函式解出即可.在運用正交分解法解題時,關鍵是如何確定直角坐標系。

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標軸建立坐標,這樣使牛頓第二定律表達式為:F=ma。

套用舉例

例:已知:F1,F2為F的分力,F的角度為α,物體重力為mg,動摩擦因數為μ﹦0.5
求:f的大小,加速度的大小
正交分解法(正交分析法)
解:
注;斜面上的重力分解
下滑力=mg·sinα
正壓力=mg·cosα

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