
【機】 composition of forces
all one's best; force; power; puissance; strength
【化】 force
【醫】 dynamo-; ergo-; force; potency; potentia; Power; stheno-; strength; vis
go; leave; of; somebody; something; this
compose; compound; prefabricate; synthesize; synthetic
【化】 synthesis
【醫】 synthesis; synthesize
【經】 compound; synthesis
力之合成(Composition of Forces)是經典力學中的核心概念,指兩個或多個力共同作用于同一物體時,通過矢量疊加形成等效單一力的過程。該術語在漢英詞典中對應英文表述為"composition of forces"或"resultant force",其數學表達為: $$ vec{R} = vec{F_1} + vec{F_2} + cdots + vec{F_n} $$ 其中$vec{R}$代表合力矢量,$vec{F_i}$為各分力矢量。
從工程實踐角度,力之合成的應用需遵循兩個基本法則:
在機械系統設計中,力的合成原理被廣泛應用于結構強度計算、運動機構分析等領域。例如起重機吊臂的受力分析必須精确計算鋼索張力、自重和負載的合成效果,相關計算标準可見美國機械工程師協會(ASME)發布的《機械設計基礎》手冊。
需要特别說明的是,力的合成與分解構成矢量分析的對稱體系,這一理論體系的确立可追溯至1687年牛頓在《自然哲學的數學原理》中建立的經典力學框架,現代工程教育教材如《工程力學:靜力學》仍以此為教學基礎。
力的合成是物理學中矢量疊加的核心概念,指将多個作用在同一物體上的力通過幾何或代數方法等效為一個合力的過程。以下是關鍵要點:
力的合成遵循矢量加法法則,強調方向和大小的共同作用。例如:兩人拉車時若方向相同,合力為兩力之和;若方向相反,合力為兩力之差。
平行四邊形法則
将兩個分力作為鄰邊構成平行四邊形,對角線即為合力。數學表達式為:
$$F = sqrt{F_1 + F_2 + 2F_1F_2cosθ}$$
其中θ為兩力夾角。
三角形法則
将分力首尾相接,從起點到終點的連線代表合力,適用于多個力的逐步合成。
通過正交分解法将複雜力系分解到坐标軸上,例如斜面上的物體受力分析:将重力分解為平行斜面的下滑力和垂直斜面的正壓力。
力的合成貫穿于工程結構設計、機械運動分析等領域,是理解物體運動狀态變化的基礎工具。掌握這一概念需要結合圖示練習,建議通過經典力學教材中的斜面、滑輪例題加深理解。
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