所谓正交分解法,就是把同一矢量系的各个矢量向互相垂直的两个坐标轴(x轴和y轴)方向分解。
其基本原理是矢量的合成与分解的法则,即平行四边形法则。用正交分解法,所解决的具体问题多数是力、加速度、速度、位移等。
把一个简单矢量正交分解,常常表现出这个矢量在正交方向上的客观效果。
多个共点力正交分解的问题,主要应用于牛顿运动方程,ΣF=ma,则可有互相垂直两个方向的分量式∑Fx=max,∑Fy=may为了减小矢量的分解,
在建立直角坐标、确定z轴正方向时,一般有两种方法:
2. 分解加速度而不分解力。此种方法一般是在以某个力方向为x轴正方向时,其他力都落在两个坐标轴上而不需再分解。
此法的最大特点是解题步骤清楚,程序化。尤其是对于受三个力以上共点力时,采用此法处理更显得思路条理化。
注意,在选取坐标轴时,为解题方便,应尽量减少矢量的分解。应用正交分解法,在处理力学和电学等相关问题上都得到很好的效果,是常用的解题方法。
[例1] 质量为m的物体放在倾角为θ的斜面上,物体和斜面间的动摩擦因数为μ,如沿水平方向加一个力F,使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速直线运动,求F=?
解:(1)受力分析:物体受推力F,重力G,弹力N、摩擦力f作用;
(2)建立坐标系:以加速度a的方向即沿斜面向上方向为x轴正方向,分解F和G。
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(3)建立运动方程:∑Fx=Fcosθ-mgsinθ-f=ma
(1),∑Fy=N-mgcosθ-Fsinθ=0
(2)f=μN
(3)三式联立求得F=m(a+gsinθ+μgcosθ)/(cosθ-μsinθ)小结:此题是分解力而不分解加速度,且以a的方向为x轴正方向。
[例2] 如图电梯与水平面夹角θ=30o,当电梯加速向上运动时,人对梯面压力是其重力的6/5,则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?
解:
(1)对人受力分析:重力G、支持力N、摩擦力f,如图所示(2)建立直角坐标轴:取水平向右即f方向为x轴正方向,此时只需分解加速度,其中ax=acos30o,ay=asin30o
(3)建立运动方程并求解:∑Fx=f=macos30o
(1),∑Fy=N—mg=masin30o
(2)解得
小结:此题是分解加速度而不分解力,且以某个力f方向为正方向,另外两个力N、G都落在y轴上,这样减少了未知力的分解,使解题过程简化。
此题如选a方向为x轴正方向,则力N、G、f三个力都需要分解,使解题过程复杂化。