从一个例子看运动的合成

发表时间:2020/8/27   来源:《中小学教育》2020年11期   作者:陈星
[导读] 在人教版物理必修二中,讲解曲线运动时,用到了物理学中的一种重要方法,即运动的合成与分解
        在人教版物理必修二中,讲解曲线运动时,用到了物理学中的一种重要方法,即运动的合成与分解。这是一种解决复杂运动的基本方法。通过运动的合成与分解,我们可以把一个复杂的运动看成是几个简单运动的合运动,通过研究分运动的性质和轨迹来确定合运动的性质和轨迹,通过研究简单的直线运动的规律,来进一步研究曲线运动的规律,例如:平抛运动、机械振动等。
        但在实际的应用和练习中,同学们往往受到力的合成与分解的影响,没有对运动的合成有一个比较清晰的认识,导致经常出错。如果在讲解运动的合成的时候,能以一个典型生动的例子或比喻加以辅助,或许同学们会有一种豁然开朗的感觉。下面以典型的人拉船模型为例,从两个方面进行分析:
        例:人用绳通过定滑轮拉物体A,当人以速度匀速前进时,求物体A的速度。
       
        首先,要分析物体A的运动与人拉绳的运动之间有什么样的关系物体A的运动(即绳的末端的运动)可看做两个分运动的合成:一是沿绳的方向被牵引,绳长缩短,绳长缩短的速度即等于;二是垂直于绳以定滑轮为圆心的摆动,它不改变绳长,只改变角度的值,这样就可以将按图示方向进行分解,很容易求得物体A的速度
        在进行速度分解时,要分清合速度与分速度,合速度就是物体实际运动的速度,是平行四边形的对角线,而分速度方向的确定要根据具体问题具体分析。在上述问题中,若不对物体A的运动认真分析,而简单地套用力的合成与分解,就很容易得出的错误结果。
        虽然很多同学在教师的讲解下,得出了的正确结果,但是对这个结果还是心有余悸,这时不妨从两个方面对这个问题再分析。首先来看一个模拟情境,假设有一只小猴子看见一棵大树下面有一条长长的凳子,凳子上摆满了一排水果,小猴子还看见大树枝上有一条长长的绳子,于是小猴子抓住绳子的末端准备去拿水果,小猴子在空中不断的来回摆动,但是怎么样也拿不完凳子上的水果,因为每次只能接触到板凳上的一两个位置。正在这时,又来了一只老猴子,他看见小猴子这么辛苦,决定帮助小猴子拿完水果。于是,老猴子也爬上了大树在绳子的另外一端不断的向前拉小猴子。结果小猴子沿着板凳前进顺利拿完了水果。这个情境正好与人拉船模型相似。仔细的来看的话,情境中的小猴子,其实参与了两个运动:第一就是摆动,轨迹为圆弧曲线,其速度方向沿曲线在该点的切线方向,正好与绳子垂直;第二就是沿着绳子的方向被老猴子拉着向上运动。我们所看到的小猴子沿板凳向前运动,其实就是这两个运动合起来的效果,即两个运动的合成。这个例子可以使同学们在定性上,对人拉船模型究竟是怎么合成的,就有一个比较清楚的认识了。
        其次,为什么同学们总是觉得这个结果是正确的呢?其中一个重要的原因还是同学们总是不加思考的认为绳子收缩的速度比物体A前进的速度快,即.其实不然,这可以从理论上计算出绳子的收缩速度是要小于物体A前进的速度的,为什么呢?对图1再次进行分析,如下图示:
                                        
     
        而L1、L2、L3组成一个三角形,由三角形两边之差小于第三边得: ,从而有:即绳子收缩的速度是要小于物体前进的速度的,而不是大于。这样就从理论上消除了同学们的顾虑。
        一个实际的运动往往是由几个比较简单的运动合成的,本文从一个典型的例子出发,对该运动是怎么样合成的以及合速度和分速度大小的比较两个方面进行了分析,从而更加的把握好运动的合成问题。
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: