6. Вычисление проекций вектора.

Обозначим через а угол между вектором и осью проекции и перенесем вектор

так, чтобы его начало совпало с какой-нибудь точкой оси. Если направления составляющей вектора и оси одина ковы, то угол а будет острым и, как видно из рис. 24, а,

где а — модуль вектора а. Если же направления вектора и оси противоположны, то, учитывая знак проекции, будем иметь-(см. рис. 24, б)

т. е. предыдущее выражение (нужно помнить, что в данном случае угол а тупой и

Рис. 24.

Таким образом, проекция вектора на ось равна произведению модуля вектора на косинус угла между вектором и осью:

Кроме этой имеющей исключительно важное значение формулы, для проекции вектора на ось можно дать еще одну очень простую формулу. Установим на оси начало отсчета и выберем масштаб, общий с масштабом векторов. Как известно, координатой точки называется число, выражающее в выбранном масштабе расстояние от начала отсчета оси до проекции данной точки на ось, причем это число берется со знаком плюс, если проекция точки удалена от начала отсчета в сторону направления оси, и со знаком минус в противном случае. Так, например, координатой точки А (рис. 23, б) будет взятое со знаком число, выражающее длину отрезка а координатой точки В будет взятое со знаком — число, определяющее длину отрезка (мы не останавливаемся на этом

подробнее, считая, что читатель знаком с понятием координат точки из курса элементарной математики).

Обозначим через координату начала, а через координату конца вектора на ось х. Тогда, как видно из рис. 23, а, будем иметь

Проекция вектора на ось х будет равна

или, учитывая предыдущие равенства,

Легко видеть, что эта формула имеет общий характер и не зависит от расположения вектора относительно оси и начала отсчета. Действительно, рассмотрим случай, изображённый на рис. 23, б. Из определения координат точек и проекции вектора последовательно получим

(читатель легко проверит справедливость формулы и и при другом расположении вектора относительно оси и начала отсчета).

Из (6.11) следует, что проекция вектора на ось равна разности координат конца и начала вектора.

Вычисление проекции вектора на ось встречается весьма часто в самых различных вопросах. Поэтому необходимо выработать твердые навыки вычисления проекций. Можно указать некоторые приемы, облегчающие процесс вычисления проекций.

1. Знак проекции вектора на ось, как правило, можно определить непосредственно из чертежа, а модуль проекции можно вычислить по формуле

где — острый угол между вектором и осью проекций — если а если Этом прием, не внося ничего принципиально нового, несколько

облегчает вычисление проекции, так как не требует тригонометрических преобразований.

2. Если требуется определить проекции вектора на две взаимноперпендикулярные оси х и у (предполагается, что вектор лежит в плоскости этих осей) и — острый угол между вектором и осью х, то

(знак проекций определяется из чертежа).

Рис. 25.

Пример. Найти проекции на оси координат х и у силы изображенной на рис. 25. Из чертежа видно, что обе проекции будут отрицательны. Следовательно,

3. Иногда применяется правило двойного проектирования, состоящее в следующем. Пусть дан вектор и ось лежащая в плоскости Опустим из конца вектора перпендикуляры на плоскость и прямую и соединим затем основания перпендикуляров отрезком прямой линии (рис. 26). Обозначим угол между вектором и плоскостью через угол между и через и угол между вектором и осью проекций через а. Так как угол прямой (по построению), то

Из треугольников и имеем

Отсюда

или, сравнивая с выражением для ,

Пользуясь равенством (6.10), получим

Это равенство можно прочитать следующим образом: Для того чтобы получить проекцию вектора на ось, достаточно спроектировать вектор на плоскость, в которой лежит ось проекции, а затем полученную составляющую по плоскости спроектировать на данную ось (правило двойного проектирования).

Рис. 26.

Естественно, что при вычислении проекции можно пользоваться просто формулой (6.12), а затем (6.10), но правило двойного проектирования легче запоминается, и оно весьма удобно при решении конкретных задач.