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高中物理基本功之两种力的分解方法

力的分解是高中物理的一个核心思想。虽然不会有题目考察力的分解的概念,但是基本上所有题都需要用到力的来分析的思想。力的分解通常有两种方式,一是按力的作用效果分解,另一种是正交分解。这两种方式适用的场景不同,选取当前场景中合适的方法会有效简化我们的解题过程。下面我来介绍一下这两种方法分别适合什么场景。

按力的作用效果分解

举个例子,如下图

物体静止在斜面上。斜面上的物体受重力摩擦力支持力。重力的作用效果有两个,一个是把物体压在斜面上(即Gcos θ),另一个是把物体往斜面下拽(即Gsin θ)。因此我们可以把重力分解成这两个力,这就是按力的作用效果分解的意思。

如果题目中力的实际作用效果的方向上很容易找到平衡力,那就用按力的作用效果分解。比如上面的例子,我们很容易看出,重力沿斜面方向的分力可以和摩擦力平衡,重力垂直于斜面的分力和支持力平衡,因此我们按力的作用效果分解很容易写出以下两个方程式:

N+Gcos θ=0

F+Gsin θ=0

正交分解

如下图:

正交分解是指不考虑力的实际作用效果,统一将所有力分解成水平方向(x)和竖直方向(y)两个分力。

如果题目中力的实际作用效果不明显,或者物体受的力较多,那推荐用正交分解法。将每个力都分解成水平和竖直方向,然后每个方向上的所有分力加加减减,最终可以把这些力统一转化为水平方向和竖直方向上的两个力,这样虽然每个力都要分解,过程多了一些,但是我们的思路是很清晰的。

总结

其实我们做力的分解的目的是为了列出平衡力方程式。以上两种方法没有优劣之分,可能在某些场景下按力的作用效果分解更容易列出平衡力方程式,而在另一些场景下正交分解更加有效。大家还是需要多做题,多思考,做的题目足够多了自然会养成题感,会很快选出当前最适合的方法。

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