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输入计算

数学公式

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  1. Direction (relative to F1)

    Direction (relative to F1): 合力计算器

    Direction of the resultant measured from the F1 axis

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结果

合力
50
牛顿(N)
相对于力 1 的方向 53.13°

什么是合力计算器?

当两个力作用于同一点,且彼此之间存在夹角时,它们可以用一个等效的单一力来代替,这个力就叫做合力。本计算器运用矢量加法的平行四边形法则,根据你输入的两个分力以及它们之间的夹角,求出合力的大小和方向。这一原理在物理学和工程学中普遍适用,不涉及任何特定国家或地区的规则。

如何使用

分别输入力 1 和力 2 的大小(单位:牛顿 N),再输入两力之间的夹角(单位:度)。夹角为 0° 表示两力方向相同,180° 表示两力方向相反。计算器会返回以牛顿为单位的合力大小,以及合力相对于力 1 的方向。

公式详解

合力大小由以下公式给出:

$$R = \sqrt{\text{F}_1^{2} + \text{F}_2^{2} + 2\,\text{F}_1\,\text{F}_2\cos\theta}$$

该式源自将余弦定理应用于力的平行四边形。合力相对于力 1 的方向为:

$$\varphi = \tan^{-1}\!\left(\frac{\text{F}_2\sin\theta}{\text{F}_1 + \text{F}_2\cos\theta}\right)$$

当 \(\theta = 90^\circ\) 时,\(\cos\theta = 0\),公式便简化为大家熟悉的勾股定理形式:\(R = \sqrt{\text{F}_1^{2} + \text{F}_2^{2}}\)。

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两个力矢量的平行四边形法则,合力沿对角线
平行四边形法则:成角度 θ 的两个力 F1 和 F2 沿对角线合成为合力 R。

例题演算

假设 \(\text{F}_1 = 30\ \text{N}\)、\(\text{F}_2 = 40\ \text{N}\),两力夹角为 \(90^\circ\)。那么

$$R = \sqrt{900 + 1600 + 0} = \sqrt{2500} = 50\ \text{N}$$

方向为

$$\tan^{-1}\!\left(\frac{40\cdot 1}{30 + 0}\right) = \tan^{-1}(1.333) \approx 53.13^\circ$$

(相对于力 1)。

两个垂直力构成直角三角形的合力
例题:将两个相互垂直的力合成为单一合力的大小和方向角。

常见问题

夹角为 0° 时怎么算? 两力直接相加:\(R = \text{F}_1 + \text{F}_2\),方向为 \(0^\circ\)。

夹角为 180° 时呢? 两力相减:\(R = |\text{F}_1 - \text{F}_2|\),方向沿着较大的那个力。

可以使用其他单位吗? 可以。该公式与单位无关。只要前后使用一致的力单位,得出的合力就会是同样的单位。

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