(3)当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时,另一个分力F2取最小值的条件是:已知大小的分力F1与合力F同方向,F2的最小值为|F-F1|。
7.分力与合力的关系
(1)分力与合力是等效替代的关系,不能同时共存,也就是说,受力分析时在考虑了分力之后就不能再重复考虑合力。
(2)分解力时,应注意分力与合力的受力物体是相同的。
二、力的正交分解
把一个力分解成两个互相垂直的分力,这种分解方法称为正交分解法。
用正交分解法求合力的步骤:
(1)首先建立平面直角坐标系,并确定正方向;
(2)把各个力向x轴、y轴上投影,但应注意的是:与确定的正方向相同的力为正,与确定的正方向相反的为负,这样,就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向;
(3)求在x轴上的各分力的代数和Fx合和在y轴上的各分力的代数和Fy合;
(4)求合力的大小F=
合力的方向:tanα=(α为合力F与x轴的夹角).
要点提示注意此处空半格力的正交分解法是把作用在物体上的所有力分解到两个互相垂直的坐标轴上,分解最终往往是为了求合力(某一方向的合力或总的合力)。
三、力分解的应用
力的分解在实际生活中有广泛的应用。如山区要修建很长的盘山公路,城市的高架桥则要建造很长的引桥,目的都是为了减小坡度,使行车更加方便和安全。
当合力一定时,分力的大小和方向将随着分力间夹角的改变而改变。两个分力间的夹角越大,分力也越大。
问题·自主·探究
问题1 为什么越锋利的刀削工具越容易劈开物体?
思路:将作用在劈背上的力F垂直于劈的侧面分解,根据平行四边形定则和几何知识知道,两个分力之间的夹角越小,分力越大。
探究:刀、斧、凿、刨等切削工具的刃部叫劈,使用劈的时候,在劈背上加力F,这个力产生两个作用效果,使劈的侧面挤压物体,把物体劈开。我们可以证明,在F一定时,劈的两个侧面间的夹角越小,使劈的侧面挤压物体的分力就越大。
问题2 力的合成是单一的,但已知一条对角线,可以画出无数个平行四边形,也就是说,一个力可以分解出无数对大小和方向都不同的力来。
请探究:实际问题中,如何对力进行分解才有效?
思路:力的分解与力的合成互为逆运算,因此所遵循的运算法则是相同的。在思考和分析问题时的角度是相似的,所以在分析和解决问题时要注意体会它们的相同点和不同点。已知两个分力求合力时,直接作出平行四边形就可以分析解答,当已知合力求分力时,却因为不能作出唯一的平行四边形,而需要条件的限制。在附加下面两个条件时,力的分解是唯一的。(1)已知两个分力的方向;(2)已知一个分力的大小和方向。力在分解时一般按力的实际作用效果进行分解,即已知两个分力的方向求分力。
探究:按力的作用效果确定力的分解方向,或者按正交方向来分解已知力都是有效分解方法。