合力是与物体所受所有力共同效果相同的那一个力。对于同一条直线上的力,你要选定正方向,把指向该方向的力相加,减去指向另一方向的力,并说明答案的方向。
怎样沿一条直线把力相加?
每个力的大小永远是正数,由方向决定是加还是减。
- 选定正方向,例如向右或向上,并写明。
- 把指向该方向的力相加。
- 减去指向相反方向的力。
- 看符号。 结果为正,指向你选的方向;结果为负,指向相反方向。
- 写出大小、单位和方向。 单位是牛顿(N)。
如果答案是零,这些力就是平衡的。后面的课会再回到它的含义。
例题详解
虚构情境: 一部雪橇被两根绳子向右拉,拉力分别是 30 N 和 15 N。摩擦力 12 N 向左,空气阻力 3 N 也向左。求合力。
第一步,正方向: 向右为正。
第二步,向右的力: 30 + 15 = 45 N。
第三步,向左的力: 12 + 3 = 15 N。
第四步,合力: 45 − 15 = 30 N。
第五步,答案: 30 N 向右。
检查: 把合力 30 N 加上与之对抗的 15 N,得到 45 N,也就是向前的总力。两个值吻合。
如果几个力互相垂直怎么办?
两个互相垂直的力,例如 6.0 N 向东和 8.0 N 向北,构成直角三角形的两条直角边,合力就是斜边。
合力 = √(6.0² + 8.0²) = √(36 + 64) = √100 = 10 N。
方向用正切值等于 8.0/6.0 的角来求,约为东偏北 53°。你所考的年份是否需要方向,还是只要大小,请以 Cambridge 官网的现行大纲为准,使用前请先核对。
要留意的错误
常见的失误是把所有的力都加起来,好像它们方向相同。
错误的解法: 电梯缆绳向上拉 4500 N,电梯重力是 4000 N。合力 = 4500 + 4000 = 8500 N。
学生只把数字加起来,忽略了这两个力方向相反。
改正的方法是先写出正方向。向上为正:4500 − 4000 = 500 N 向上。
还可以做一个合理性检查:两个相反方向的力,合力一定比较大的那个力小。8500 N 比两者都大,不可能是对的。
自我检测
先不用计算器做,再打开答案核对。
1. 8 N 和 5 N 的力向东,11 N 的力向西。求合力。
查看答案
向东为正:8 + 5 − 11 = 2。2 N 向东。
2. 一个箱子重 60 N,绳子向上拉它,拉力 45 N。忽略其他力。求合力。
查看答案
向上为正:45 − 60 = −15。15 N 向下。 在真实情境中,地面还会提供向上的支持力,但只有这两个力时,合力是 15 N 向下。
3. 两个互相垂直的力,大小为 9.0 N 和 12 N。求合力的大小。
查看答案
√(9.0² + 12²) = √(81 + 144) = √225 = 15 N。
下一步
合力决定了加速度,所以接着学习加速度与合力的关系。三角形与方位角推理板是练习合成垂直力的好地方。
如果多力题目每次做出来的答案都不一样,我们的老师可以在物理线上一对一补习中陪你一题一题地理清。