¿Cuál es la prueba matemática de esta suposición en estática?

La respuesta intuitiva: el componente [matemático] y [/ matemático] de [matemático] \ vec {F} _2 [/ matemático] tiene que ser exactamente igual en magnitud al componente [matemático] y [/ matemático] de [matemáticas] \ vec {F} _1 [/ matemáticas]. Agregar una parte [math] x [/ math] a [math] \ vec {F} _2 [/ math] solo agrega a la longitud (ya que la longitud es [math] F_2 = \ sqrt {F ^ 2_ {2, x} + F ^ 2_ {2, y}} [/ matemáticas]). Por lo tanto, obtiene la menor longitud cuando no agrega ningún componente [matemático] x [/ matemático], dejando un vector a lo largo del eje [matemático] y [/ matemático].

Si prefiere calcular: La fuerza neta [matemáticas] \ vec {F} _1 + \ vec {F} _2 [/ matemáticas] está a lo largo del eje [matemáticas] x [/ matemáticas] (es decir, a lo largo de [matemáticas] \ sombrero \ imath [/ math]); esto nos dice que la proyección de esa fuerza en el eje [math] y [/ math] (junto con [math] \ hat \ jmath [/ math]) es [math] 0 [/ math]. Calcule esa proyección usando el producto punto:

[matemáticas] \ begin {multline *} (\ vec {F} _1 + \ vec {F} _2) \ cdot \ hat \ jmath = 0 \\ = \ vec {F} _1 \ cdot \ hat \ jmath + \ vec {F} _2 \ cdot \ hat \ jmath \\ = F_1 \ sin \ theta_1 – F_2 \ sin \ theta_2, \ end {multline *} [/ math]

donde [math] \ theta_1 [/ math] y [math] \ theta_2 [/ math] son ​​los ángulos desde el eje [math] x [/ math] a [math] \ vec {F} _1 [/ math] y [math] \ vec {F} _2 [/ math], respectivamente, y he asumido que [math] \ vec {F} _1 [/ math] apunta en la dirección positiva [math] y [/ math] ( si no, voltee el diagrama al revés). Luego

[matemáticas] F_2 = F_1 \ frac {\ sin \ theta_1} {\ sin \ theta_2} [/ matemáticas].

[math] F_1 [/ math] y [math] \ theta_1 [/ math] son ​​arreglados por la configuración. Estamos buscando [math] \ theta_2 [/ math] que minimiza la expresión mientras mantiene [math] F_2 [/ math] positivo. Podría diferenciar, pero es más fácil darse cuenta de que esta expresión es más pequeña cuando [math] \ sin \ theta_2 [/ math] es mayor; esto sucede cuando [math] \ theta_2 = 90 \ deg [/ math] – en otras palabras, [math] \ vec {F} _2 [/ math] apunta directamente hacia abajo.

Es 90, lo que hace que su fuerza vaya en la dirección -j porque su requisito mínimo es eliminar el componente “y” de la fuerza.

La prueba matemática para el triángulo en la figura (c) es que la distancia más corta desde un punto a una línea es otra línea que cruza ambos y es perpendicular a la línea.