力的分解 典型題剖析

2022-01-02 15:38:48 字數 1171 閱讀 8314

例1  在圖1-58中燈重g=20n,ao與天花板間夾角α=30°,試求ao、bo兩繩受到的拉力?

分析把co繩中的拉力f=g=20n沿ao、bo兩方向分解,作出力的平行四邊形.

解答根據力的平行四邊形(圖1-58),由幾何關係得

例2  在圖1-59中小球重g=100n,細繩與牆面間夾角α=30°,求小球對細繩的拉力和對牆面的壓力分別等於多少?

分析把小球重力沿細繩方向和垂直牆面方向分解,作出力的平行四邊形.

解答根據力的平行四邊形(圖1-59),由幾何關係得

所以小球對細繩的拉力f和對牆壁的壓力n分別為

f=g1=115.3n,n=g2=57.7n.

例3  一根細線能豎直懸掛乙個很重的鐵球,如把細線呈水平狀態繃緊後,在中點掛乙個不太重的砝碼(設重力為g),常可使細線斷裂,解釋其原因並計算說明.

分析在水平繃緊的細線中點掛上砝碼後,它所產生的效果使每半段線都受到拉力並略有伸長,根據其對線的拉力方向畫出力的平行四邊形如圖1-61所示.由於對細線形成的兩個分力f1、f2可以甚大於砝碼的重力,因此常會使細線斷裂.

解答細線中點受豎直向下的拉力(f=g)後,由對稱性知,兩分力f1、f2的大小相等,作出的力的平行四邊形為一菱形,取其中的1/4考慮(圖中劃有斜線部分),設兩分力f1、f2與豎直方向拉力f間夾角為θ,由幾何關係得

當細線繃得很緊,掛上砝碼後形成的夾角θ很大時,每半段細線受到的拉力f1、f2可以遠大於砝碼的重力,於是細線常會繃斷.

說明為了直觀地看出細線受到的拉力隨夾角θ變化的數值關係,以g=10n為例計算如下:

由此可見,當θ很大時,可以形成對細線極大的拉力,像這種「小力」產生「大力」的效果,在實踐中常被廣泛應用.

討論1.課本中兩個例項(放在斜面上的物體和向斜上方拉放在水平面上的物體)都把力沿著兩個互相垂直的方向分解,這是平行四邊形法則的乙個特例,稱為正交分解法.它在物理學中的應用非常普遍.

必須注意:正交分解法中的兩個正交座標軸的選取雖是任意的,但在實際問題中,只有聯絡了力的作用效果,得出的兩個正交分量才會顯示出明確的物理意義.

2.力的分解的唯一性還有一種情況:即已知乙個分力的方向和另乙個分力的大小,分別求兩分力的大小和方向.如圖1-62已知分力f1沿oa方向及分力f2的大小,則可以合力f的矢端為圓心,以分力f2的長度為半徑作圓弧,設交oa直線有兩點,作出力的平行四邊形後,依次可得兩組分力f1、f2和f′1、f′2(注意:這種情況也可能只有一組解或無解).

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