為什麼力是按照平行四邊形分解合成的?

時間 2021-06-01 09:01:46

1樓:北斗星司已退乎

力按照平行四邊形定則分解 是因為 力按照平行四邊形定則合成。

力按照平行四邊形法則合成 是因為 力是向量、向量按平行四邊形定則合成。

力是向量 是因為 力有大小、有方向。平行四邊形定則與三角形定則實際上是等價的,至於為什麼向量按平行四邊形定則/三角形定則分解見下圖。

三角形定則是指兩個力(或者其他任何向量)合成,其合力應當為將乙個力的起始點移動到另乙個力的終止點,合力為從第二個的起點到第乙個的終點。

2樓:cvgmt

根據牛頓第二定律,力的定義可以改為 m x"(t),其中位移向量是 x(t),速度是 x'(t),加速度是 x"(t)

位移向量 x(t) 滿足平行四邊形發則,於是它的一階導也滿足平行四邊形法則等等。

3樓:林光爵

為什麼力可以分解成兩力?為什麼兩力可以用平行四邊形相加?這不是顯然的,不應隨口說它就是定律。

要了解力量的分解,必須從靜力平衡開始,想像一物被綁了三條繩索,各繩拉開而物不動,問各繩出力多少?

出力推算,最早見於Simon Stevin (2023年-2023年) 的天才構想,想像一重物在斜坡上被一繩拉住,這重物另外受本身下沉的力,以及斜坡頂住的力。

將此物挖空為輕殼,黏一繩拉於殼正下方,替代原球下沉力。沿坡拉力則拉於殼右上。斜坡頂住力則改成一繩拉殼左上,讓下面兩圖效果相等:球不動 。

不論球是實心或空心,斜坡頂住力必定垂直於斜坡,否則球殼與斜坡的接觸點將餘有沿坡方向的力,將導致球轉動。既然頂住力垂直於斜坡,將這力替換成繩向左上提,則這繩力的延伸線必定穿過球心。

而下沈繩和右上繩力的延伸線也穿過球心,於是三力匯聚在球心一點。

接著 Simon Stevin 用項鍊平衡法算出右上繩的拉力。項鍊平衡法是天才構想,它示範了如何把不對稱現象轉換成對稱現象。

Stevin 稱呼右上繩力為斜坡力,他證明了斜坡力乘斜坡球數=直坡力乘直坡球數。

有個三角斜坡掛一球鏈,鏈最終靜止,斜坡底球B受弧狀鏈向下拉力f,問:直坡底球G受弧狀鏈向下拉力多少?答:

底下弧狀鏈不管上方斜坡形狀如何,只管弧兩端,兩端必需平等拉住。於是球G和球B平等,受向下拉力必也是f,得證。

接著我們看斜坡和直坡最高球:

斜坡最高球受力= f 力+斜坡各球拉力。

直坡最高球受力= f 力+直坡各球拉力。

專心看CDEF與三角形的頂角這角隅,在這角隅畫一條角平分線,則CD, EF 對稱於左右,而角隅諸物皆靜,所以兩端拉力必相等。(這裡用對稱論述了力量可以轉向,但力度不變)所以,斜坡最高球受力 = 直坡最高球受力。

即, f+斜坡各球拉力 = f+直坡各球拉力。

即,斜坡各球拉力 = 直坡各球拉力。

即,斜坡1球拉力乘斜坡球數= 直坡1球拉力乘直坡球數。

證明完畢。

深思者可以挑剔這證明中隱藏了乙個定義:拉住下方 n 個球所需出力定義為 n 乘拉住下方1球所需出力。

這定義比 F=ma 更適合人類經驗感。以這古老經驗感為定義,則F=ma 就不是定義,變成乙個需要證明的定理。

深思者還可以挑戰這球鏈證明法,故意找乙個環境讓球鏈靜不下來,那環境是什么,就是有風吹動的環境。有風吹動的環境在當今課本上稱為非保守力場,從這裡出發,可以往前探索無法定義位能的世界。

4樓:SilverBeet

這個問題是高中數學的問題。向量就是復平面的乙個複數。平行四邊形原理就是求兩個複數的加法運算。

既然是這樣,那就只好用數學來嚴格證明。其實只需要證明兩個向量的和的模,滿足餘弦定理,那就可以證明這個向量和是三角形的一邊,滿足向量合成的三角形原理,也就可以了。具體到多邊形法,合成兩個後再證明三個,合成三個後再合成第四個,用歸納法就可以證明了。

題主這個是數學問題,不是物理問題。具體到電磁力間的作用,同樣也要滿足平行四邊形法則。但是,向量的平行四邊形法則不是物理學可以證明的,但是物理可以用實驗來驗證。

最終的證明,得用數學。講那麼多,數學物理本來就是一家,幹嘛那麼見外,哈哈。上圖了。

5樓:月寒風

1、力的直接作用是物體的運動加速度,即f=ma2、加速度是速度的一階導

3、速度是向量

因此加速度也是向量,從而力也是向量。所以樓主的問題可以理解為:

「為什麼向量必須採用平行四邊形法則的相加方法。」

這是因為:主要是經典空間中的向量,要自洽都是必須滿足平行四邊形相加法則的。否則你就會推導出矛盾,得到很荒誕的結論。

因此甚至可以說,有無方向並不是向量的根本特徵,比如電流就是有方向的,但是它是標量不是向量。向量最根本的定義就是其加法滿足平行四邊形法則。

因此只要是經典令空間中的向量,就只有這麼乙個自洽的向量相加的定義,在這個定義下自洽且沒有矛盾。

6樓:勃欣然

因為向量的加法在平面內遵循平行四邊形的定則。

你與其問為什麼力的合成為什麼是平行四邊形,不如問問平行四邊形的定義:為什麼對角線的X,Y軸垂直分量恰好等於兩條邊垂直分量的和。(注意到正方形是顯然的乙個特例)。

1)力是有方向的,所以力是向量。

2)兩條線確定乙個平面。

7樓:啦啦啦啊呸

在我們的宇宙就是這樣定的,向量加減遵循平行四邊形法則,就像標量(十進位制)1+1=2一樣。請問怎麼證明一加一等於二?

之所以不對為什麼1+1=2好奇,因為你一出生就生活在這個宇宙,所有的數學公理都是定好的,而算數加法比較常用,久而久之就不對1+1為什麼等於2而感到好奇,當突然接觸力這麼乙個抽象的向量問題,感到奇怪也很正常。

假如真的存在其他擁有不同宇宙數學物理規律的宇宙,說不定連向量的概念都沒有,更不要說力是什東西按不按向量加減規則了。

真讓人頭大。

題主習慣就好,畢竟揪著1+1=2這種問題不放也沒有意義,雖然去思考他說明你是個有心的人。

至於力為什麼是向量(不僅僅是電磁力,力都是向量,都遵循向量加減法則,單純的從電磁理論去證明,只有必要性,沒有充分性),這個需要問問上帝。

祝題主生活愉快。

8樓:八里土人

合成是沒錯的,分解為什麼要用平行四邊形法則?不需要啊,想怎麼分解就怎麼分解,哪怕你分解出乙個反方向的力來,只要合力和要被分解的一致就行呢。

合成為什麼用平行四邊形法則呢?是向量的線性空間決定的。力用向量表達是從物理到數學的建模,如果向量不能表達力那麼就不用這個模型。

恰好力是線性的,所以用向量表示合適。

向量為什麼遵守平行四邊形法則?呃,那是因為歐式幾何到緣故

9樓:張飛

其餘的答案都是錯的。

1,力是向量,有大小和方向。

2,力可以往實數軸和虛數軸上分解。

3,兩個力的合成實際既是實數部相加和虛數部相加。

F1 = a+bi

F2 = c + di

f1+f2= a+ c +(b+d)i 這就是平行四邊形法則。

10樓:XPP小子

力是向量這件事的確並不顯然。

但位移顯然是向量(甚至可以說向量就是按照位移為原型設計的),

力實際上是根據運動(位移)定義出來的,所以繼承了向量的特性

11樓:ABCDEFG

力的向量疊加是實驗事實,然後構造出數學中的平行四邊形法則。

如果這個世界的力不能向量疊加,那麼就會構造出新的數學法則。

比如力的大小的疊加不符合加法,因此就不能用加法來算力的合成。

12樓:空間之刃

物理和數學不同。數學是純推理,甚至就是拿各種符號玩邏輯遊戲。而物理,一半基於觀察,一半基於推理。

比如牛頓第一定律,實驗就做不出來,只能通過間接實驗加適當的推理想象來推導:一定速度的物體受到的阻力越小,運動的時間越長,那麼當阻力趨於零的時候物體會以不變的速度一直運動下去。得到這個定理時,同時用到了觀察法和推理法。

在此基礎上,就可以繼續推理出其它的牛頓定律了。

速度這個概念其實源自於位移,而不是我們通常的直覺那樣認為它來自路程。位移是人為規定的物理量,它就是個向量,物體從A(a,b)點移動到B(c,d)點的位移就是S(A到B)=(c-a,d-b)。可以很容易證明,這樣定義的位移符合平行四邊形法則。

位移對時間求導得到速度。注意我們平時直覺中的速度叫速率,和物理學裡嚴格定義的速度有區別。時間是標量,位移對時間求導後得到的速度還是向量,可以用平行四邊形法則。

速度對時間求導是加速度,同理可知加速度還是符合平行四邊形法則。到這裡我們看到,一切都是王八的屁股~~規定。

然後牛頓繼續根據實驗和推理二重奏得到牛頓第二定律,F=ma。根據剛才的規定,加速度a是向量,而質量是個標量,所以力F是個向量,符合平行四邊形法則。

說到這裡結束了嗎?沒有。牛頓為什麼要用規定中的量而不用我們直覺中的量推導運動定律呢?

一方面可能是這樣更符合實驗,畢竟物理學還是以實驗為基礎的硬科學;另一方面,這樣做比較容易把物理學納入牛頓自創的流數理論,也就是後來的微積分理論,要知道牛頓的最大貢獻就是引入了數學思想研究物理學。不過,牛頓定律其實還有更深層次的內涵:它重新定義了「力」這個古老而又充滿爭議的概念。

古時候人們對「力是什麼」這個問題無從說起,唯一留下的就是乙個非常模糊的定義:力是物體對物體的作用。什麼作用?

不知道。這個定義我們今天看來也是一頭霧水。但有了牛頓定律,我們就很清楚力是個什麼東西了。

但牛頓的這個做法,在當時引起了很大的爭議,貝克萊主教責難牛頓時就指出過這個問題,他認為數學公式能否和自然規律一一對應,這本是沒有論證的,而在此基礎上以數學公式代替哲學定義缺乏邏輯支撐,是一種搭建空中樓閣的做法。不過直到今天,我們對力的認識依然是受牛頓定律影響。

如果我們理清了這些思路,也就同樣可以回答另乙個問題:力是否在一切情況下都符合平行四邊形法則?答案是否定的。

力是通過位移、速度乃至時間、質量這些概念定義的,只有在這些概念剛好滿足一定條件時力才能符合平行四邊形。當這些概念發生了變化,力的規律也會跟著發生變化。比如在相對論的理論框架下,質量就不是乙個簡單的標量,而是會隨向量速度一起發生改變的變數;時間也不是簡單的標量,它也是隨速度變化的變數,甚至可以晉公升成向量。

此時力和加速度的規律不再是通常牛頓第二定律那樣的簡單正比例關係,也經常不符合平行四邊形法則。至於量子力學的理論框架,位移、速度這些概念也不是之前的定義了,由於測不准原理這些概念都要重新改寫,力自然也可以不符合平行四邊形。

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