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第10章 1加1等于2吗——合力

而在物理学中,如果一个力产生的效果与几个力共同作用时产生的效果是相同的,那么这个力就叫做几个力的合力。

合力方向应该是指几个力合成之后的方向,如果是两个力,则对角线的方向即为合力的方向。

如果两个力是平衡力,大小相等,方向相反(夹角为0°或180°时)。合力与它几个分力的作用效果相同。

不同情况下的合力,所求方法也有所不同。

(1)在同一直线上的力的合成

如果一个力,作用在物体上的效果与几个力同时作用在物体上的力的效果是相同的,那么这个力就叫做那几个力的合力(即等效法)。

这在日常生活中是最为常见的。当一个箱子摆在你的面前时,如果你用左手往右推,与此同时用右手往左推,这样一来,箱子便会原地不动,这说明了两只手用的力是相等的,也就是说箱子的合力为零。

(2)力的合成指的就是几个已知力的合成。在这里需要注意的是,求合力是对同一个物体而言的。

(3)同一直线上的合力的求法

同一直线上的两个力,通常有以下两种存在方式:

同方向:合力的大小与两分力大小的和是相等的,而合力的方向与任意一个分力的方向相同。

反方向:合力的大小与两分力大小的差是相等的,而合力的方向与较大的分力方向是同一个方向。

(4)对于不在同一直线上的合力而言,求解时应该用平行四边形法则。

1.力的平行四边形或三角形法则

人们所熟知的共点力的合成法则,通常是这样表述的:以表示两个共点力的有向线段作为邻边作一个平行四边形或三角形,这两个邻边之间的对角线即表示两个力的合力的大小和方向。因为力是矢量,即有大小,又有方向,在合成时只能用四边形法则或三角形法则。

根据力的平行四边形或三角形法则我们可以知道,两个共点力的合力与两个力的大小、两个力的夹角的大小有关系。如果两个力的大小一定,它们的合力的大小便会随着两个力夹角的改变在两个力之和与两个力之差范围内变化。这就可以证明,力的合成并不是做简单的加减法就可以解答出来的,1 1有时候也不等于2(体现了力的失量性)。

求一共点力系的合力时,如果运用平行四边形法则的话,可以采用依次合成的方法。

平行四边形法则不仅适用于共点力的合成,而且也适用于一切矢量的合成。如果求三个共点力,可以先将两个力的合力求出来,然后再与第三个力求出合力。如果是4个力的话,可以先两两求出合力,再求出合力的合力,照此类推,便可求出最终的合力。不过,需要注意的是,在效果上合力等于分力。如图两个方向的共点力F1和F2利用平等四边形法则,其合力即为F,方向与分力的方向也不相同。

有的时候,人们为了方便利用三角形法则(可把两个共点力的一个平移,使它们首尾相接,再用一条线与两个力连接成一个三角形,第三边就是合力),只画出一半示意图。

所谓的合力,指的就是作用在物体上所有的力产生的总的效果,这些力包括物体受到的外部外力、物体系统内部的相互内力。用平形四边形法则,将这些力产生的总效果表现出来,就是物体受到的合力。通常情况下,这些力都被划分成某种特殊的方向。事实上,合力只是为了研究问题更方便,其实它是不存在的。

2.二力合成

为了方便地研究物体的受力和运动情况,当两个或超过两个的力同时作用于一个物体时,利用平行四边形法则,把物体所受的多个力转换为一个力,由于物体最常受到动力和摩擦力的影响,因此,把这两个力合成为一个力,也就是所谓的二力合成。

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