4、正交分解和等效替代

[例7]如图2-24(a)所示,A、B质量分别为mA和mB,叠放在倾角为θ的斜面上以相同的速度匀速下滑,则(    )

  (A)AB间无摩擦力作用    (B)B受到的滑动摩擦力大小为(mA+mB)gsinθ

  (C)B受到的静摩擦力大小为mAgsinθ  (D)取下A物体后,B物体仍能匀速下滑

解析:隔离A、B,A受力和坐标轴如图(b)所示,由平衡条件得:

mAgsinθ-fA=0…………①    NA一mAgcosθ=0…………②

B受力和坐标轴如图(C)所示,由平衡条件得:

mBgsinθ+fA/-fB=0…………③    NB一mBgcosθ-NA/=0…………④

A、   B相对静止,fA为静摩擦力,B在斜面上滑动,fB为滑动摩擦力

  fB=μNB…………⑤    联立①式-⑤式得:

    fA=mAgsinθ,fB=(mA十mB)gsinθ,μ=tgθ

   取下A后,B受到的滑动磨擦力为fB=μmBgcosθ=mBgsinθ,

   B所受摩擦力仍等于重力沿斜面的下滑分力,所以B仍能作匀速直线运动·

   综上所述,本题应选择(B)、(C)、(D)。

[例8]某压榨机的结构示意图如图,其中B为固定铰链,若在A处作用于壁的力F,则由于力F的作用,使滑块C压紧物块D,设C与D光滑接触,杆的重力不计,求物体D受到的压力大小是F的几倍?(滑块重力不计)

解析:力F的作用效果是对AC、AB杆产生沿两杆的方向的力F1、F2,力F1产生对C的向左的力和向下的压力。由图可知tanα=100/10=10,F1=F2=F/2cosα,N=F1sinα=Fsinα/2cosα=5F。

3、用三角形法则分析力的动态变化

[例5]如图所示,将一个重物用两根等长的细绳OA、OB悬挂在半圆形的架子上,在保持重物位置不动的前提下,B点固定不动,悬点A由位置C向位置D移动,直至水平,在这个过程中,两绳的拉力如何变化?

解析:根据力的作用效果,把F分解,其实质是合力的大小方向都不变,一个分力的方向不变,另一个分力的大小方向都在变化,由图中不不看出:OB绳子中的拉力不断增大,而OA绳中的拉力先减小后增大,当OA与OB垂直时,该力最小。

[例6]如图所示,质量为m的球放在倾角为α的光滑斜面上,试分析挡板AO与斜面间的倾角β多大时,AO所受压力最小?

   解析:虽然题目问的是挡板AO的受力情况,但若直接以挡板为研究对象,因挡板所受力均为未知力,将无法得出结论.

   以球为研究对象,球所受重力对也产生的效果有两个:对斜面产生了压力N1,对挡板产生了压力N2.根据重力产生的效果将重力分解,如图所示.

当挡板与斜面的夹角β由图示位置变化时.N1大小改变.但方向不变.始终与斜面垂直:N2的大小、方向均改变(图1一25中画出的一系列虚线表示变化的N2).由图可看出.当N2与N1垂直即β=900时,挡板AO所受压力最小,最小压力N2min=mgsinα.

也可用解析法进行分析,根据正弦定理有N2/sinα=mg/sinβ,所以N2=mgsinα/sinβ。而其中mgsinα是定值,N2随β的变化而变化

当β<900时,β↑→sinβ↑→N2↓;当β>900时,β↑→sinβ↓→N2↑;当β=900时,N2有最小值N2min=mgsinα;

说明:(1)力的分解不是随意的,要根据力的实际作用效果确定力的分解方向.

(2)利用图解法来定性地分析一些动态变化问题,简单直观有效,是经常使用的方法,要熟练掌握.

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