Free-kroppsdiagram

Hva er et gratis kroppsdiagram?

EN Free-kroppsdiagram, Isolert kroppsdiagram eller krefter diagram, det er et skjema der kreftene som virker på et legeme er representert av piler.

Du må sørge for å inkludere i diagrammet alle kreftene som virker på objektet, og ettersom det er en vektorstørrelse, er pilen ansvarlig for å indikere dens retning og dens betydning, mens lengden på den gir en ide om modulen eller intensiteten.

Figur 1. a) Et trafikklys som henger fra støtten med kabler, b) gratis kroppsskjema over trafikklyset og c) gratis kroppsdiagram i kabelknuten. Kilde: Serway, R. College Physics.

I figur 1 har vi et eksempel på et fritt kroppsdiagram som vi skal analysere.

Situasjonen er som følger: et trafikklys som henger i resten av noen kabler (figur 1A). På den to styrkerloven er den ene den som jorden utøver, som er vekten. I diagrammet er det betegnet som F_g og handlinger vertikalt ned.

Den andre kraften er spenningen i det vertikale tauet, kalt T₃ Og det går vertikalt oppover, holder trafikklyset og forhindrer at den går til bakken.

Når et problem har mer enn ett objekt, er det nødvendig å tegne et diagram for hver separat.

Knuten mellom skråstrengene og tauet som holder trafikklyset regnes som et spesifikt objekt, og dets frie kroppsdiagram er i figur 1C. Legg merke til at for knuten, spenningen T₃ er rettet ned.

Det er viktig å merke seg at i det frie kroppsdiagrammet kreftene som objektet utøver på andre kropper ikke skal vises, men bare de som virker på det.

Eksempler på gratis kroppsdiagram

Free Body Diagram tillater anvendelse av Newtons lover, og med dem bestemmer tilstanden til bevegelse eller resten av objektet som styrkene virker. Når det gjelder trafikklyset, kan vi bestemme verdien av spenningene i kablene som er underlagt trafikklyset, kjent vekten av dette.

Kan tjene deg: døde belastninger: egenskaper, beregning, eksempler

Når disse dataene er kjent, er det valgt adekvate kabler for å henge trafikklyset og som oppfyller sin funksjon uten kollaps.

Gratis kroppsdiagrammer tjener til å beskrive forskjellige hverdagssituasjoner, for eksempel disse:

En person som ser på en bagasjerom eller beholder

Det er veldig vanlig at folk må overføre tunge gjenstander som beholderen i figuren. For dette må de utøve en styrke F På beholderen, som i dette eksemplet er horisontalt og til høyre, som er bevegelsesretningen.

Figur 2. En person utøver en styrke i størrelsesorden for å bevege seg horisontalt en tung beholder. Kilde: Serway, R. College Physics.

Men dette er ikke den eneste kraften som opptrer på ham, det er også det normale n, trent av den flate overflaten av plattformen med hjul. Og til slutt er vekten av det: F_g, rettet vertikalt ned.

Normal er en kraft som oppstår så lenge to overflater er i kontakt og alltid er vinkelrett på overflaten som utøver den. I dette tilfellet utøver hjulplattformen en normal på beholderen.

En blokk som glir gjennom et skrå plan

Noen pulter har et litt skrå bord for å gjøre notatene mer komfortable og lese. Den har også A-Lapiz-spor, men vi har alle lagt blyanten på bordet ut av sporet, og vi har sett hvordan den glir på bordet.

Hvilke krefter som handler på blyanten?

Det samme som virker på blokken vist i følgende fritt kroppsdiagram:

Figur 3.- Et objekt (blokk eller blyant) som glir på et skrå plan med friksjon, har det frie kroppsdiagrammet vist. Kilde: Giancoli, D. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner.

Det normale F_N Det er kraften som overflaten på bordet utøver på blyanten eller den støttede blokken. I motsetning til det forrige eksemplet, er normalen ikke vertikal, men tilbøyelig. Husk at normal er kraften som utøves av bordet på blokken og er vinkelrett på den. Ettersom bordet er skrå, er det normale også.

Det kan tjene deg: Første likevektstilstand: Forklaring, eksempler, øvelser

Som alltid vekten F_g Det er vertikalt, likegyldig fra systemhellingen.

Og til slutt har vi en ny styrke som handler, som er kinetisk friksjon F_fr Mellom bordet og blyanten eller blokken. Friksjon er også en kontaktkraft, men i motsetning til normal er det en tangensiell (parallell) kraft til overflaten. Legg også merke til at det alltid er rettet i strid med bevegelsen.

Atwood -maskinen

Atwood -maskinen er en enkel maskin som består av en lys remskive og uten friksjon i skinnen, der et lys og uutholdelig tau passerer.

To masseobjekter blir hengt fra det samme₁ og M₂. Når en av gjenstandene stiger, synker den andre, som vist i figur 4:

Figur 4. Atwood -maskinen og de respektive frie kroppsdiagrammer av massene som henger fra tauet. Kilde: Serway, R. College Physics.

Ettersom det er to objekter, lages et fritt kroppsdiagram separat. For begge objekter er det bare to krefter: spenningen i tauet T og de respektive vektene.

I figuren uttrykkes hver vekt direkte som produktet av massen ved akselerasjon. For sin del er spenningen alltid rettet vertikalt langs det spentede tauet.

Trening løst

Bruk Newtons lover for å bestemme akselerasjonen som massene til Atwood -maskinen vist i forrige seksjon flytter.

Løsning

Newtons andre lov slår fast at summen av styrker er lik produktets produkt ved akselerasjon.

Skiltkonvensjonen i hver mass.

Det kan tjene deg: Overfladiske bølger: Karakteristikker, typer og eksempler

I noen problemer gir ikke uttalelsen informasjon, da må skiltene.

-For masse 1 (opplasting):

T - m₁g = m₁til

-For masse 2 (lav):

-T + m₂g = m₂til

Begge ligningene danner et system med lineære ligninger av to ukjente, ettersom spenningen vises med et annet tegn i hver ligning, vi legger dem ganske enkelt til termin og spenningen blir kansellert:

m₂G - m₁g = m₁A + m₂til

a = m₂G - m₁G / (m₁ + m₂)

Referanser

1. Bauer, w. 2011. Fysikk for ingeniørfag og vitenskap. Volum 1. Mc Graw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. Ed Prentice Hall.
3. Serway, r., Vulle, c. 2011. College Physics. 9na red. Cengage Learning.
4. Tipler, s. (2006) Fysikk for vitenskap og teknologi. 5. utg. Volum 1. Redaksjon tilbake.
5. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill