零角度是指度数和弧度均为0 的零角度或另一种角度测量系统。因此,它没有宽度或开口,就像在两条平行线之间形成的那样。
尽管其定义听起来很简单,但零角在许多物理和工程应用以及导航和设计中非常有用。
图1.在汽车的速度和加速度之间存在一个零角度,因此汽车的行驶速度越来越快。资料来源:维基共享资源。
为了达到某些效果,必须平行对齐物理量:如果汽车在高速公路上沿直线运动,并且在其速度矢量v和加速度矢量a之间为0º,则汽车行驶的速度越来越快,但是如果汽车制动器,其加速度与速度相反(见图1)。
下图显示了不同类型的角度,包括右侧的零角度。可以看出,0°角没有宽度或开口。
图2.角度类型,包括零角度。资料来源:维基共享资源。奥里亚斯。
零角度的示例
已知平行线彼此形成零角度。当您有一条水平线时,它与笛卡尔坐标系的x轴平行,因此它相对于它的倾斜度为0。换句话说,水平线的斜率为零。
图3.水平线的斜率为零。资料来源:F. Zapata。
零角的三角比例也为0、1或无穷大。因此,零角存在于许多涉及矢量运算的物理情况下。这些原因是:
-sin0º= 0
-cos0º= 1
-tg0º= 0
-sec0º= 1
-cosec0º→∞
-ctg0º→∞
对于分析其中零角的存在起着根本作用的情况的一些示例,它们将很有用:
-零角度对物理量的影响
向量加法
当两个向量平行时,它们之间的角度为零,如上图4a所示。在这种情况下,两者之和是通过一个接一个的放置来实现的,并且和向量的大小是加数的大小之和(图4b)。
图4.平行矢量的总和,在这种情况下,它们之间的角度为零角度。资料来源:F. Zapata。
当两个向量平行时,它们之间的角度为零,如上图4a所示。在这种情况下,两者之和是通过一个接一个的放置来实现的,并且和向量的大小是加数的大小之和(图4b)
扭矩或扭矩
扭矩或扭矩导致身体旋转。它取决于作用力的大小以及作用方式。一个非常有代表性的例子是图中的扳手。
为了获得最佳的旋转效果,垂直于扳手的手柄向上或向下施加力,但是如果力平行于手柄,则不会旋转。
图5.当位置和力矢量之间的角度为零时,不会产生扭矩,因此不会产生旋转效应。资料来源:F. Zapata。
在数学上,扭矩τ定义为图5 的向量r(位置向量)和F(力向量)之间的向量积或叉积:
τ= r x F
扭矩的大小为:
τ= r F sinθ
Θ是r和F之间的角度。当sinθ= 0时,转矩为零,在这种情况下θ=0º(或180º)。
电场流
电场通量是一个标量,它取决于电场的强度以及它通过的表面的方向。
在图6中,电场线E穿过区域A的圆形表面。表面的方向由法线向量n给出。场和法线向量在左侧形成一个任意的锐角θ,在中央它们之间形成一个零角,而在右侧它们是垂直的。
当E和n垂直时,磁力线不穿过表面,因此通量为零,而当E和n之间的角度为零时,磁力线完全穿过表面。
用希腊字母Φ(读作“ fi”)表示电场通量,其对均匀场的定义如图所示:
Φ= E • n A
两个向量中间的点表示点积或点积,也可以定义为:
Φ= E • n A =EAcosθ
字母上方的粗体和箭头是用于区分向量及其大小的资源,用普通字母表示。由于cos 0 = 1,因此当E和n平行时,通量最大。
图6.电场通量取决于表面和电场之间的方向。资料来源:F. Zapata。
练习题
-练习1
两个力P和Q同时作用于点对象X,这两个力最初在它们之间形成角度θ。当θ减小到零时,合力的大小会怎样?
图7.作用在物体上的两个力之间的角度减小,直到被消除为止,在这种情况下,合力的大小将获得最大值。资料来源:F. Zapata。
解
当Q和P完全平行时,合力Q + P的大小逐渐增加,直到达到最大值(图7右)。
-练习2
指示零角是否是以下三角方程的解:
解
三角方程是一个未知数是三角比自变量的一部分的方程。要求解所提出的方程,可以方便地将公式用于双角的余弦:
cos 2x = cos 2 x-sin 2 x
因为这样,左侧的参数变为x而不是2x。所以:
cos 2 x-sin 2 x = 1 + 4 sin x
另一方面,cos 2 x + sin 2 x = 1,因此:
cos 2 x-sin 2 x = cos 2 x + sin 2 x + 4 sin x
项cos 2 x取消并保持不变:
-sin 2 x = sin 2 x + 4 sinx → -2 sin 2 x-4 sinx = 0→ 2 sin 2 x + 4 sinx = 0
现在,进行以下变量更改:sinx = u,方程变为:
2u 2 + 4u = 0
2u(u + 4)= 0
他们的解决方案是:u = 0和u = -4。返回更改,我们将有两种可能性:sin x = 0和sinx = -4。最后一个解决方案不可行,因为任何角度的正弦都在-1和1之间,所以我们剩下第一个选择:
sin x = 0
因此x =0º是一个解,但是正弦为0的任何角度也可以使用,也可以是180º(π弧度),360º(2π弧度)以及相应的负数。
三角方程的最通用解决方案是:x =kπ,其中k = 0,±1,±2,±3,…。k一个整数。
参考文献
- Baldor,A.,2004年。《具有三角学的平面和空间几何》。墨西哥文化公共事业部。
- Figueroa,D.(2005年)。系列:科学与工程物理。第3卷。粒子系统。由Douglas Figueroa(USB)编辑。
- Figueroa,D.(2005年)。系列:科学与工程物理。第5卷。电气相互作用。由Douglas Figueroa(USB)编辑。
- 在线数学学习。角度的类型。从以下位置恢复:onlinemathlearning.com。
- Zill,D.,2012年。代数,三角学和解析几何。麦格劳·希尔(McGraw Hill)Interamericana。