TikZ从零开始（一）——实例之受力分析图绘制

在上面两篇（文末有链接）中，我们学习了了一些基本绘图命令，如直线、曲线、矩形、圆形、网格等，还学习了样式、循环语句及文字标注等，下面我们来看一个实例。

刚好最近在准备美赛，本来我没学TikZ时，有个受力分析图是用WPS画的。

怎么样？看上去其实还行，但有些细节就不好了，不如角度标注的弧没有完全贴合两条边，力的三角形也不是一个标准的直角三角形。如果用TikZ画就好看多了。

下面我们来学习如何进行绘制，用上面两篇的知识绰绰有余~
文档类型我们当然可以随便挑，不过由于我最近在准备美赛，故直接使用美赛模板。

\documentclass{mcmthesis}
\usepackage{tikz,pgffor}
\usetikzlibrary{arrows.meta}
\begin{document}\begin{tikzpicture}...\end{tikzpicture}
\end{document}

还记得这几个库有什么作用吗？tikz自不必说，有了pgffor可以使用for循环语句，arrow.meta有我喜欢的箭头样式。

下面的代码统统都是上面的...部分。

[scale=3,>=Stealth,line width=1pt]

首先设定比例、箭头样式、线宽，这都是作用于整个环境的。

\draw [ultra thick](-1,0) coordinate(C) circle[radius=1];  % 1
\draw (0,0)coordinate(O)+(0,2)--+(0,-2);
\draw (-2,0)+(0,2)--+(0,-2);

注释1的这一行是十分关键的一行，这关系到我们坐标系的选取，主要是确定原点（极点）。观察上文的最终效果图，我们发现圆的正东（右）侧是许多线条的聚集之处，所以用这个点作为原点（极点）最方便。

\draw (C)[->]--node[fill=white,above right=2pt]{\Large $mg$}+(0,-1.2);

这步是用来标重力的，我们可以用\Large把字号调大一点

\foreach \ang/\pos in {45/above right,-45/below right}\draw (O)--(\ang:2)--(\ang:5pt) arc[start angle=\ang,end angle={2*\ang},radius=5pt]node[\pos=1.5pt]{$45^\circ$};

观察之前的效果图，我们可以看到受力分析图具有一定程度的上下对称性，故可以考虑循环语句。首先指定了两个变量，一个是角度（45∘45^\circ45∘和−45∘-45^\circ−45∘），另一个是标注角度数字的位置（一个是右上方，一个是右下方）；画弧的时候，起始是45度角，终边是90度角，刚好是两倍关系。

\draw [dashed](O)--+(2,0);
\draw (O)--(25:2);
\filldraw[fill=green!20,draw=orange](O)--+(25:10pt) arc [start angle=25,end angle=0,radius=10pt] node[above=4pt, left]{$\theta$}--(O);

这一步先画一条虚线，再画一条实线，然后标注了θ\thetaθ角。注意我最后没有以cycle结束，而是以(O)结束，本应该没区别，但是用放大镜还是能看出来细微的差别。

上面的是(O)结尾，下面的是cycle结尾，大家可以看到后者虽然相交地更好，但是会出头；而前者虽然相交处较为粗糙，但好歹不出头，我更喜欢前者，糙有糙的好啊~

\draw (1.5,0.1) coordinate(F)[dashed]--+(0,-0.2);
\draw (F)[dashed]--+(-0.2,0)--+(0.6,0);
\draw[->] (F)--+(0,0.4)coordinate(A) node[below=16pt, left]{$F_y$};
\draw[->] (F)+(0.2,0)coordinate(B)--(F) node[fill=white,below=13pt, right]{$F_x$};
\draw[->] (B)--(A)node[below=15pt, right=10pt]{$F_{xy}$};

下面就是画力地三角形了，为了防止FxF_xFx被虚线挡住，我设置了fill=white。

如此便大功告成啦~哦耶（我可以给我那个用WPS画的队友炫耀了哈哈哈）

相关链接：
TikZ从零开始（一）——A Picture for Karl’s Students（上篇）
TikZ从零开始（一）——A Picture for Karl‘s Students（下篇）

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