力的合成與分解中聯(lián)系實(shí)際的問題

周驍 長沙市南雅中學(xué)

1 力的等效性

通過有關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，一個(gè)力作用在某物體上而形成的效果，能夠與另外幾個(gè)力在同一時(shí)間作用在此物體上所形成的效果達(dá)成一致。因此，當(dāng)其實(shí)是幾個(gè)力作用在某物體上的時(shí)候，為了便于探究，我們可將其視作(和其他幾個(gè)力等效的)另外一個(gè)力作用在此物體上。而當(dāng)其實(shí)僅有一個(gè)力作用在某物體上的時(shí)候，想要對這個(gè)力在某幾方面的具體作用效果進(jìn)行深入探究，也同樣可認(rèn)為在這幾方面的所有方面均有另外一個(gè)等效的力作用在此物體上。根據(jù)力的作用效果來講，這些假定和事實(shí)能夠達(dá)成一致，所以這便是力的等效性。

2 力的合成與分解中聯(lián)系實(shí)際的問題

2.1 滿掌不能將雞蛋捏破

例1，一名魔術(shù)師伸開手掌，將一個(gè)雞蛋放于手掌中，不過消耗了很大力氣卻沒有將雞蛋捏破。在場人員均認(rèn)為這是一個(gè)奇特的雞蛋，實(shí)際上，根據(jù)物理知識進(jìn)行分析，便不是什么奇怪的事情，試分析為何不能將雞蛋捏破。

圖1

解析：如圖1所示，設(shè)作用在雞蛋上的某一點(diǎn)O的力是F，按照F的具體作用效果，總是可以分解成和雞蛋面相切的兩個(gè)分力，明顯可以得知，無數(shù)個(gè)N在平行雞蛋的平面以內(nèi)彼此消除。其實(shí)，作用在雞蛋上的合力是0，所以，即便魔術(shù)師使很大的力，雞蛋依然不會(huì)出現(xiàn)任何破損的情況。同理，在社會(huì)建設(shè)中，橋孔與隧道之所以做出圓孔形狀，也是因?yàn)檫@一原理。

2.2 神奇的劈與楔

例2，人們將刀、斧等有關(guān)切割工具的刃部稱之為劈，而一端厚一端薄的斜面木料稱之為楔。劈可以輕松將非常堅(jiān)硬的物體劈開，楔可以讓物體之間接觸更為緊密。古代具有這樣一個(gè)傳說，在明朝時(shí)期，蘇州的虎丘寺塔因?yàn)殚L久沒有修繕，塔身呈現(xiàn)出傾斜狀態(tài)，存在倒塌的危險(xiǎn)。在那個(gè)時(shí)期，有人建議采用大木柱對此進(jìn)行支撐，不過這種方式又會(huì)在很大程度上影響美觀，而有一位和尚則將術(shù)楔挨個(gè)釘進(jìn)塔身傾斜的一側(cè)，最終將塔身扶正，試分析產(chǎn)生此種結(jié)果的具體原因。

圖2

解析：由于楔的縱截面為一個(gè)三角形，在運(yùn)用它們的過程中，在此背上增添一個(gè)力F，這個(gè)力產(chǎn)生的效果便是楔(劈)的兩個(gè)側(cè)面成為兩個(gè)推壓物體的力N，在力N的作用下，楔將物體楔緊。假設(shè)楔的縱截面為一個(gè)等腰三角形，楔寬是d，其側(cè)面長度為，如圖2所示，根據(jù)相似三角形便可以得出：，因此N=F，如果三角形的頂角是 ，那么便有sin，也就是=2sin，進(jìn)而獲得N=，由此便可以得知，當(dāng)F一定的時(shí)候，更小，而N則會(huì)更大，所以，越薄的楔便更加容易釘進(jìn)物體當(dāng)中，將=3°、F=350代進(jìn)上式N=6.7×103N，這個(gè)力等同于舉起670千克的物體，一個(gè)楔便能產(chǎn)生這么大的力，所以多個(gè)楔則必定能夠支撐塔身，而和尚正好是運(yùn)用了力的分解原理。

2.3 逆風(fēng)而行的帆船

例3，順風(fēng)行駛船只，風(fēng)對船帆的壓力便是促使帆船向前行駛的主要驅(qū)動(dòng)，在帆船比賽中，為什么運(yùn)動(dòng)員會(huì)逆風(fēng)行駛船只？

圖3

解析：要在逆風(fēng)中行駛船只，必定不能夠讓風(fēng)垂直吹向帆面，需要和帆形成相應(yīng)夾角才可。設(shè)風(fēng)和帆面呈 角。如圖3所示，如果空氣用速度v吹向平滑的帆面，之后沿著帆面用速度 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)帆面軟平滑的時(shí)候， 大概是 cos，單位時(shí)間中吹到帆面的質(zhì)量是m的空氣動(dòng)量變化大小大概是m sin ，方向和帆面垂直指向外，也就是帆面受到的壓力F=m sin ，方向和帆面垂直指向帆面。按照F的作用效果把壓力F可以分解成延船只的龍骨線，指向前進(jìn)方向的分力 與龍骨線垂直的分力，和船只的前進(jìn)方向垂直、橫向推進(jìn)船只運(yùn)行的分力 被這一方向上水對船只產(chǎn)生的阻力進(jìn)行了平衡，分力 =Fsin =m sin sin ，方向和船只的運(yùn)動(dòng)方向相一致，其便是推動(dòng)船只向前行駛的主要驅(qū)動(dòng)力，所以運(yùn)動(dòng)員可以逆風(fēng)行駛帆船。

3 結(jié)束語

在高中物理的力學(xué)這一部分內(nèi)容中，力的合成與分解是我們學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)知識，盡管這一知識點(diǎn)不會(huì)涉及較多概念，不過我們很多學(xué)生對于其中的概念都不能進(jìn)行全面理解。在具體學(xué)習(xí)中，我們一定要認(rèn)識到力的合成與分解的本質(zhì)便是等效替換。因此，想要更好的將此知識點(diǎn)進(jìn)行理解與掌握，那么就應(yīng)當(dāng)在老師的引導(dǎo)下與實(shí)際問題相聯(lián)系，這樣才能促進(jìn)自身對該知識點(diǎn)有一個(gè)清晰認(rèn)知，從而留下更加深刻的印象，為后期的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。