05.02向量坐标运算与数量积向量积
拉力里有效的那部分封面场景

向量坐标运算与数量积向量积 · 沉浸式数学故事

拉力里有效的那部分

钢索斜着拉,真正推动小车的只有沿轨道那部分;扳手要转动螺栓,又偏偏依赖垂直的那部分。

第 5 章 · 向量代数与空间解析几何 · 5 幕故事 · 1 个训练

拉力里有效的那部分:钢索很用力,小车只听沿轨道的分量。

起重轨道 · 斜拉

钢索很用力,小车只听沿轨道的分量。

拉力 F⃗ 与轨道方向 s⃗ 有夹角。把 F⃗ 投影到轨道上,才得到真正推动小车的有效分量。

标量投影:compₛF = F⃗·s⃗/|s⃗|若 s⃗ 是单位向量,投影就是 F⃗·s⃗。
拉力里有效的那部分:两个向量越同向,点乘越大。

数量积

两个向量越同向,点乘越大。

数量积把长度与夹角压缩成一个数:同向为正,反向为负,垂直时为零。

a⃗·b⃗=|a⃗||b⃗|cosθ坐标形式为 a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃。
拉力里有效的那部分:位移听见的,仍是力的平行分量。

做功

位移听见的,仍是力的平行分量。

物体沿 s⃗ 移动时,力所做的功等于 F⃗·s⃗。垂直分量改变受力,却不贡献这段位移方向上的功。

W=F⃗·s⃗点乘的结果是标量。
拉力里有效的那部分:想让螺栓转,要看垂直出来的面积。

扳手 · 另一种效果

想让螺栓转,要看垂直出来的面积。

位置向量 r⃗ 与力 F⃗ 的叉乘给出力矩方向,模长等于两向量张成的平行四边形面积。

M⃗=r⃗×F⃗,|M⃗|=|r⃗||F⃗|sinθ叉乘结果是同时垂直于两向量的新向量。
拉力里有效的那部分:点乘管投影,叉乘管转动与法向。

方向判定

点乘管投影,叉乘管转动与法向。

技术员用点乘检查垂直,用叉乘按右手规则确定旋转轴。两个工具都在处理夹角,却输出不同类型的结果。

a⃗·b⃗=0 ⇒ 垂直;a⃗×b⃗=0 ⇒ 平行使用前先问:需要一个数,还是需要一个方向。
拉力里有效的那部分训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

两个非零向量垂直时,它们的数量积为?
再读一遍

互动实验 · 斜拉钢索推小车PROJECTION

斜着的力,只有一部分真的在推

钢索沿轨道方向 s⃗ 斜拉,真正推动小车的是它投影到轨道上的那一段——有效推进力 = |F|·cosθ。转动力的方向:夹角越小推得越猛;转到 90°,cosθ=0,数量积归零,一点也推不动。

FORCE HUD · |F| = 100 N s 轨道 F