來「智力浪費」了。

合力確定,分成兩個分力,其中一個分力方向已知,另一個分力大小不能確定,上圖:

你看, [公式] 是合力,一個分力方向沿 [公式] ,這個分力方向知道大小不定,如果是 [公式] ,那麼另一個分力是 [公式] ,如果是 [公式] ,另一個分力是 [公式] ,這兩個藍色線段顯然大小不一定相等,所以另一個分力大小不確定。

多說一句,合力已知,一個2分力方向確定,求出另一個分力最小值是可以的,看圖:

合力還是 [公式] ,分力方向還是綠色直線,做這麼一個和分力方向相切的圓,顯然直線 [公式] 上的點到 [公式] 點距離不會小於圓的半徑,所以大小最小的分力就是 [公式] ,然後另一個方向已知的分力大小也確定了,該分力就是 [公式]


這類問題我從與 @奶牛小雪球 稍微不同的角度回答,更加應試一些。

這類問題實際上就是高中物理必修1中,我們經常會涉及到的矢量三角形法則動態平衡。

雖然這類問題通常是三力平衡問題,但是其中的二力合成的合力 [公式] ,一般與重力 [公式] 構成大小相等,方向相反的平衡力。

下面通過一道例題來理解:

一鐵球放在板與豎直牆之間,當板向上緩慢抬起時,使 [公式] 角變小時,下面三個力如何變化?

牆對球的壓力: [公式]

板對球的支持力: [公式]

鐵球的重力: [公式]

顯然,我們需要做的第一步,對其進行受力分析,受力分析與封閉三角形見下圖:

受力分析與封閉三角形

雖然是三力平衡,但是其中[公式][公式]的合力與重力 [公式] 等大反向。所以合力的大小知道,方向知道,其中[公式]的方向確定,那麼另外一個力[公式]就要由封閉三角形的動態模型確定。

按照本題意條件可知,壓力和支持力在 [公式] 角變小時,均變大了。那麼什麼時候,兩個力最小呢?

那麼是杆子角度為90度的時候最小,杆子的支持力[公式]與重力 [公式] 等大反向,與牆面不存在擠壓,即牆對球沒有壓力。


記合力矢量 [公式] ,已知一個分力方向的單位矢量 [公式] ,另一個分力矢量記作 [公式] ,那麼:

[公式]

其中 [公式] 是任意標量。所以分力矢:

[公式]

是一個函數,有任意多解。分力的大小:

[公式]

自然也是任意多解。當 [公式] 時, [公式] 取得極小值:

[公式]

這實際是正交分解,對應於直角三角形的勾股定理,也對應於 @奶牛小雪球 的相切圓。另外有必要注意,給定力矢量的分量大小都可以大於力矢量自身的大小,甚至都可以趨於無限大。


求不出來。用合力減一個分力求另一個分力:兩個分力只知道其中一個的大小的話,顯然另一個分力是大小方向都不確定的。

比如說

(手繪預警)

比如說這個已知大小、方向的合力,以及已知方向的分力。用合力減這個分力:

這個方向已知的分力大小不定,做減法得到的另一個分力顯然是方向、大小都不確定的。

(畫得不太好......湊合看吧qwq)


利用作圖法,已知F為合力及其F1

首先可以構成平行四邊形,利用平行四邊形定則,作出平行線後,可在平行線之間找到F2的最小值,其次找F2大的值,需要進行兩中討論F2>Fsin


我想說的是分類討論會簡單的多,但是關於圖像的作法還是覺得有疑問,能不能看看解決下圖像


設合力和此分力的夾角為θ,合力大小為F,此分力大小為a,另一個分力的大小為b。

由余弦定理,

b2=a2+F2-2cosθaF

可知另一個分力的大小受此分力大小的影響。

補充:

此處使用了向量的三角形法則。


正弦定理 建個三角形,知道三個內角,一條邊,


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