力的合成與分解中聯(lián)系實際的問題

周驍 長沙市南雅中學

1 力的等效性

通過有關(guān)實驗證實，一個力作用在某物體上而形成的效果，能夠與另外幾個力在同一時間作用在此物體上所形成的效果達成一致。因此，當其實是幾個力作用在某物體上的時候，為了便于探究，我們可將其視作(和其他幾個力等效的)另外一個力作用在此物體上。而當其實僅有一個力作用在某物體上的時候，想要對這個力在某幾方面的具體作用效果進行深入探究，也同樣可認為在這幾方面的所有方面均有另外一個等效的力作用在此物體上。根據(jù)力的作用效果來講，這些假定和事實能夠達成一致，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。在場人員均認為這是一個奇特的雞蛋，實際上，根據(jù)物理知識進行分析，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分力，明顯可以得知，無數(shù)個N在平行雞蛋的平面以內(nèi)彼此消除。其實，作用在雞蛋上的合力是0，所以，即便魔術(shù)師使很大的力，雞蛋依然不會出現(xiàn)任何破損的情況。同理，在社會建設(shè)中，橋孔與隧道之所以做出圓孔形狀，也是因為這一原理。

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。古代具有這樣一個傳說，在明朝時期，蘇州的虎丘寺塔因為長久沒有修繕，塔身呈現(xiàn)出傾斜狀態(tài)，存在倒塌的危險。在那個時期，有人建議采用大木柱對此進行支撐，不過這種方式又會在很大程度上影響美觀，而有一位和尚則將術(shù)楔挨個釘進塔身傾斜的一側(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三角形，在運用它們的過程中，在此背上增添一個力F，這個力產(chǎn)生的效果便是楔(劈)的兩個側(cè)面成為兩個推壓物體的力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，進而獲得N=，由此便可以得知，當F一定的時候，更小，而N則會更大，所以，越薄的楔便更加容易釘進物體當中，將=3°、F=350代進上式N=6.7×103N，這個力等同于舉起670千克的物體，一個楔便能產(chǎn)生這么大的力，所以多個楔則必定能夠支撐塔身，而和尚正好是運用了力的分解原理。

2.3 逆風而行的帆船

例3，順風行駛船只，風對船帆的壓力便是促使帆船向前行駛的主要驅(qū)動，在帆船比賽中，為什么運動員會逆風行駛船只？

圖3

解析：要在逆風中行駛船只，必定不能夠讓風垂直吹向帆面，需要和帆形成相應(yīng)夾角才可。設(shè)風和帆面呈 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 進行運動，當帆面軟平滑的時候， 大概是 cos，單位時間中吹到帆面的質(zhì)量是m的空氣動量變化大小大概是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，指向前進方向的分力 與龍骨線垂直的分力，和船只的前進方向垂直、橫向推進船只運行的分力 被這一方向上水對船只產(chǎn)生的阻力進行了平衡，分力 =Fsin =m sin sin ，方向和船只的運動方向相一致，其便是推動船只向前行駛的主要驅(qū)動力，所以運動員可以逆風行駛帆船。

3 結(jié)束語

在高中物理的力學這一部分內(nèi)容中，力的合成與分解是我們學習的重難點知識，盡管這一知識點不會涉及較多概念，不過我們很多學生對于其中的概念都不能進行全面理解。在具體學習中，我們一定要認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進行理解與掌握，那么就應(yīng)當在老師的引導(dǎo)下與實際問題相聯(lián)系，這樣才能促進自身對該知識點有一個清晰認知，從而留下更加深刻的印象，為后期的學習奠定堅實基礎(chǔ)。