该共面的载体或共面是那些被包含在同一平面上。当只有两个向量时,它们总是共面的,因为存在无限的平面,所以总是可以选择一个包含它们的平面。
如果您有三个或更多向量,则可能其中一些向量与其他向量不在同一平面上,因此不能将它们视为共面的。下图显示了一组用粗体A,B,C和D表示的共面向量:
图1.四个共面向量。资料来源:自制。
向量与与科学和工程有关的物理量的行为和性质有关;例如速度,加速度和力。
当改变物体的施加方式时,例如通过改变强度,方向和方向,力会对物体产生不同的影响。即使仅更改这些参数之一,结果也大不相同。
在静态和动态的许多应用中,作用在物体上的力都在同一平面上,因此它们被认为是共面的。
向量共面的条件
为了使三个向量共面,它们必须位于同一平面上,并且如果满足以下任一条件,就会发生这种情况:
-向量是平行的,因此它们的成分是成比例的并且与线性有关。
-您的混合产品为空。
-如果有三个向量,并且其中任何一个都可以写成另外两个向量的线性组合,则这些向量是共面的。例如,一个矢量是由另外两个的总和得出的,三个都在同一平面上。
另外,共面条件可以设置如下:
三个向量之间的混合乘积
向量之间的混合乘积由三个向量u,v和w定义,导致执行以下操作得到标量:
u· (v x w )= u · (v x w )
首先,执行括号中的叉积:v x w ,其结果是v和w所在平面的法线向量(垂直)。
如果u与v和w在同一平面上,则u与所述法向向量之间的标量积(点积)自然必须为0。这样,可以验证三个向量是共面的(它们位于同一平面上)。
当混合乘积不为零时,其结果等于以向量u ,v和w为相邻边的平行六面体的体积。
应用领域
共面,并发和非共线力
并发力都施加到同一点。如果它们也是共面的,则可以将它们替换为一个合力,这称为合力,并且具有与原始力相同的作用。
如果一个物体由于称为A ,B和C的三个共面力,并发和非共线(非平行)力而处于平衡状态,则拉米定理表明这些力(量级)之间的关系如下:
A / sinα= B / sinβ= C / sinγ
以α,β和γ为施加力的相反角度,如下图所示:
图2.三个共面力A,B和C作用在物体上。资料来源:英文维基百科上的Kiwakwok
解决的练习
-练习1
找到k的值,以使以下向量共面:
u = <-3,k,2>
v = <4,1,0>
w = <-1,2,-1>
解
由于我们具有向量的分量,因此使用混合乘积的准则,因此:
u (v x w )= 0
首先解决v x w。这些矢量将用区分空间中三个垂直方向(宽度,高度和深度)的单位矢量i,j和k表示:
v = 4 i + j + 0 k
w = -1 i + 2 j -1 k
v x w = -4 (ixi) + 8 (ixj) -4 (ixk) - (jxi) + 2 (jxj) -2 (jxk)= 8 k + 4 j + k -2 i = -2 i + 4 j + 9 k
现在,我们考虑将u与上一次操作产生的矢量之间的标量积,将操作设置为0:
u(v x w)=(-3 i + k j + 2 k)·(-2 i + 4 j + 9 k)= 6 + 4k +18 = 0
24 + 4k = 0
寻求的值是:k =-6
因此向量u为:
u = <-3,-6、2>
-练习2
该图显示了一个重量为W = 600 N的物体,该物体由于电缆以如图3所示的角度放置而处于平衡状态。是否可以在这种情况下应用拉米定理?无论如何,找到使平衡成为可能的T 1,T 2和T 3的大小。
图3.砝码在所示的三个应力的作用下处于平衡状态。资料来源:自制。
解
如果考虑了施加三个应力的节点,则拉米定理适用于这种情况,因为它们构成了共面力系统。首先,制作悬吊重物的自由图,以确定T 3的大小:
图4.悬挂重量的自由图。资料来源:自制。
从平衡条件可以得出:
力之间的角度在下图中用红色标记,可以很容易地验证它们的总和为360º。现在可以应用拉米定理,因为已知力之一和它们之间的三个角度:
图5.-红色表示应用拉米定理的角度。资料来源:自制。
T 1 /正弦127º= W /正弦106º
因此:T 1 =正弦127º(W /正弦106º)= 498.5 N
再次使用拉米定理求解T 2:
T 2 /正弦127 = T 1 /正弦127º
T 2 = T 1 = 498.5 N
参考文献
- Figueroa,D。系列:科学与工程物理。第1卷。运动学。31-68。
- 物理。模块8:向量。从以下位置恢复:frtl.utn.edu.ar
- Hibbeler,R.2006。《工程师力学》。静态的 第6版。大陆出版公司,第28-66页。
- McLean,W。Schaum系列。工程师力学:静力学和动力学。第三版。麦格劳·希尔。1-15。
- 维基百科。向量。摘自:es.wikipedia.org。