力的分解 · 解的个数 —— 分步作图
作图过程由您控制:点「下一步」走一步,点「上一步」退一步,点「重来」回到起点。拖动滑块则直接显示该条件下的完整图形。键盘 → ← 翻步,R 重来,1–4 切换四种条件。
图例:合力 F分力 F₁分力 F₂辅助线
合力 F 的大小、方向已知,两个分力只能沿给定的两条方向线。过 F 的末端作两条已知方向的平行线,围出的平行四边形只有一个。
平行四边形的两条邻边方向被钉死,过 F 末端只能作出一个平行四边形,顶点唯一。定量地看:F₁ = F·sinα₂ / sin(α₁+α₂),F₂ = F·sinα₁ / sin(α₁+α₂)。只要两条方向线不重合(sin(α₁+α₂) ≠ 0),分母就不为零,结论恒为 唯一解。
F 已知,分力 F₁ 的大小和方向都完全确定,那么 F₂ 只能是矢量差 F₂ = F − F₁,三角形第三边只有一条。
从 O 到 B 这条边一旦画定,B 到 A 的长度和方向就被唯一确定,不存在第二种连法。定量地看:|F₂| = √(F² + F₁² − 2FF₁cosα)。无论 α 取正还是取负,结论恒为 唯一解。
只知两个分力的大小、不知方向:以 O 为圆心、F₁ 为半径作圆,以 F 的末端为圆心、F₂ 为半径作圆——圆的交点个数就是解的个数。
两圆交于两点,构成两个分力三角形,两解;两圆恰好相切,两个分力与 F 共线,唯一解;两圆不相交(F₁+F₂<F,或两边悬殊 |F₁−F₂|>F),无解。结论:F₁+F₂>F 且 |F₁−F₂|<F 时两解,取等号时唯一解,其余无解。
合力 F 已知,F₁ 只能沿与 F 成 θ 角的方向线,F₂ 的大小已知。设 F₁ 的末端为 P,则 |AP|=F₂——以 F 末端为圆心、F₂ 为半径作圆,圆与方向线的交点就是 P。
圆心到方向线的最近距离是 Fsinθ(图中垂直虚线)。F₂<Fsinθ:圆够不着方向线,无解;F₂=Fsinθ:相切,唯一解;Fsinθ<F₂<F:交于两点,两解;F₂>F:另一个交点落在方向线的反方向上,必须舍去,仍是 唯一解。结论:以 Fsinθ 为界判断相离、相切、相交,再以 F 为界区分两解与唯一解。