内容来源|普通高中教科书 物理 必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
一个静止的物体,在某平面上受到5个力作用,你能判断它将向哪个方向运动吗?如果我们能找到一种方法,即“用一个力的单独作用替代两个力的共同作用,而效果不变”止述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢?
共点力
几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于一点,这几个力叫作共点力。
一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用,其效果相同
举例
两个小孩分别用力F1、F2共同提着一桶水,水桶静止;一个大人单独向上用力F也能提着这桶水,让水桶保持静止。
一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止,悬线对吊灯的拉力是F,若用两根线共同悬挂吊灯,悬线上端分别固定在天花板的左右两处,线的拉力是F1和F2,也能产生使吊灯保持静止的效果。
定义
合力:假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的合力。
分力:假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同,这几个力就叫作那个力的分力。
在物理学中,我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成,把求一个力的分力的过程叫作力的分解。
实验 探究两个互成角度的力的合成规律
操作
轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的长度为GE。
用手通过两个测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的他要EO。
撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使它处于O点。
原理
力F单独作用,与F1、F2共同作用的效果是一样的,都能使小圆环保持静止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即橡皮条对小圆环的拉力相同,所以F等于F1、F2的合力。
探究
作图
由纸上的O点出发,用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿着各自拉线的方向,三个力的大小由弹簧测力计读出)
猜想
三个力的大小和方向有什么关系?
用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,能看到所围成的形状像是一个平行四边形。
检验
用作图工具进行检验,并改变拉力F1和F2的大小和方向,重做实验,检验所围成的图形是不是平行四边形。
拓展
本实验,如果把操作步骤的2与3对调,即先用拉力F把圆环拉到O点,再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果,则F1和F2就是F的分力,这个实验就变成了“探究力的分解规律”的实验。
平行四边形定则
在两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。这个规律叫作平行四边形定则。
力的分解也遵从平行四边形定则。
如果没有限制,对于同一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形,也就是说,同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。
一个已知力究竟应该怎样分解,要根据具体问题来确定。
如果两个以上的共点力作用在一个物体上,可以应用平行四边形定则求出它们的合力。
先求出任意两个力的合力,再求出这个合力跟第三个力的合力,直到把所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力。
例题 某物体受到一个大小为32N的力,方向水平向右,还受到另一个大小为44N的力,方向竖直向上。通过作图求出这两个力的合力的大小和方向。
选择某一标度,例如用1cm长的线段表示10N的力。
作出二力合成的平行四边形,用刻度尺测量表示合力F的对角线的长度,求出合力的大小。用量角器测出合力F与力F1的夹角,表示合力的方向。
矢量
既有大小又有方向,相加时遵从平行四边形定则的物理叫作矢量。
物理量
力:力的合成,可以认为是力的相加。二力相加时,不能简单地把两个力的大小相加,而要按平行四边形定则来确定合力的大小和方向同。
位移:一个人从A走到B,发生的位移是AB,又从B走到C,发生的位移是BC,在整个运动过程中,这个人的位移是AC,AC是合位移。位移 合成时也遵从平行四边形定则。
标量
只有大小、没有方向,相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。
物理量
在我们学过的物理量中,质量、路程、功、电流等都是标量。