任意給一閉合光滑平面曲線,該曲線每個點都受乙個法向的相等的力。那麼該曲線所受的合外力是否為零?

時間 2021-06-03 09:10:12

1樓:寨森Lambda-CDM

首先對於原問題,這個問題是說對於每個點受到乙個若干大小的力。這樣繞著曲線一圈求和,相當於對不可數個向量求和,如果考察分量的話,相當於要對不可數個實數相加,而這並沒有良好的定義。因此對於這個問題無法回答,除非給出不可數個實數相加的定義。

但是可以對於這個問題略加修改。在物理中有「壓強」的概念。我們可以假定,對於單位長度的曲線段,總受單位法向量的力

比如,考察一條線段,單位長度總受法向量 的力,那麼長度為 的線段,所受合力就是積分 。對於曲線,在區域性而言(即曲線段很小的時候)可以近似看成是直的,這一小段受的合力就是相對於這一小段長度的那麼長的法向量。把各個小曲線段的合力加起來就是整個曲線受的總的合力。

因此也可以用如上的積分去計算。

在這個意義下,題主的命題是對的(當然,題主還有一點沒有說明。必須還要假定這些法向的力都指向曲線的同側)。下面是證明。

設閉曲線 : 。讓曲線按長度引數化,即 。

設在 處的單位法向量是 (都指向內側或外側),則由切向量是 可得單位法向量是 。因此 是光滑函式,即確實指向的是曲線的同側(否則不會光滑),並且有

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