Ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος είναι μια οπτική αναπαράσταση ενός αντικειμένου και όλων των εξωτερικών δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό, οπότε για να σχεδιάσετε ένα θα πρέπει να υπολογίσετε αυτές τις πληροφορίες
Είναι πολύ σημαντικά για την εργασία στη μηχανική ή τη φυσική επίλυση προβλημάτων, καθώς η σχεδίασή τους σας βοηθά να καταλάβετε τι συμβαίνει σε ένα πρόβλημα. Ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος μπορεί να σχεδιαστεί πολύ απλά, με τετράγωνα και βέλη ή μπορείτε να το κάνετε πολύ πιο περίπλοκο. Η μόνη απαίτηση είναι ότι εσείς ή κάποιος άλλος που το βλέπει πρέπει να είναι σε θέση να καταλάβει τι λέει το διάγραμμα.
Ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος (FBD) είναι μια αναπαράσταση ενός συγκεκριμένου αντικειμένου που δείχνει όλες τις εξωτερικές δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό. Τα FBD είναι πολύ χρήσιμα στην επίλυση προβλημάτων μηχανικής και φυσικής.
Βήματα
Μέρος 1 από 2: Δημιουργία βασικού FBD
Βήμα 1. Προσδιορίστε το σώμα/αντικείμενο από το οποίο θέλετε να δημιουργήσετε ένα FBD
Παράδειγμα: Ένας άντρας σπρώχνει ένα κουτί 10 κιλών σε ένα τραχύ δάπεδο, με συντελεστή τριβής μ = 0,6, εφαρμόζοντας μια δύναμη 20Ν. Θα επιλέξετε το σώμα μας για να είναι το κουτί
Βήμα 2. Σχεδιάστε μια απλή αναπαράσταση του σώματος
Παράδειγμα: Φτιάξτε ένα τετράγωνο για να αντιπροσωπεύει το πλαίσιο
Βήμα 3. Σκεφτείτε ποιες δυνάμεις δρουν στο σώμα
Παράδειγμα: Αυτά είναι (1) το βάρος του αντικειμένου, (2) η δύναμη ώθησης του ανθρώπου, (3) η κανονική δύναμη που ασκείται από το δάπεδο και (4) η δύναμη τριβής λόγω του τραχύ δαπέδου
Βήμα 4. Σχεδιάστε τις δυνάμεις μία προς μία χρησιμοποιώντας βέλη που δείχνουν προς την κατεύθυνση της δύναμης
Ξεκινήστε πάντα με το βάρος γιατί όλα τα αντικείμενα έχουν βάρος.
Παράδειγμα: (1) Για το βάρος, σχεδιάστε ένα βέλος που δείχνει προς τα κάτω γιατί το βάρος είναι η δύναμη έλξης της βαρύτητας της γης, η οποία είναι πάντα προς τα κάτω
Βήμα 5. Σχεδιάστε τις υπόλοιπες δυνάμεις
Παράδειγμα: (2) Σχεδιάστε ένα βέλος που ακολουθεί την κατεύθυνση της δύναμης ώθησης. (3) Σχεδιάστε ένα βέλος που δείχνει προς τα πάνω για την κανονική δύναμη γιατί πρέπει να είναι πάντα κάθετο στο πάτωμα. (4) Σχεδιάστε ένα βέλος που βρίσκεται απέναντι από την κατεύθυνση κίνησης του κουτιού για την τριβή
Βήμα 6. Επισημάνετε σωστά τις δυνάμεις σας και το βασικό σας FBD έχει τελειώσει
Ωστόσο, εάν θέλετε να προσδιορίσετε το μέγεθος των δυνάμεων, μπορείτε να συνεχίσετε στα παρακάτω βήματα.
Μέρος 2 από 2: Προσθήκη του μεγέθους των δυνάμεων
Βήμα 1. Προσθέστε πληροφορίες σχετικά με το βάρος
Το βάρος του αντικειμένου είναι ίσο με τη μάζα του αντικειμένου*επιτάχυνση λόγω βαρύτητας.
- Παράδειγμα: W = m*a. W = (10kg)*(9.81m/s^2) = 98.1N. Γράψτε αυτό δίπλα στο αντίστοιχο βέλος.
- Σημείωση: Οι δυνάμεις μετρώνται σε Newtons ή N.
Βήμα 2. Προσθέστε τις δυνάμεις ώθησης
Το μέγεθος της ώθησης που εφαρμόζει ο άνδρας δίνεται ως 20Ν. Γράψτε αυτό δίπλα στο αντίστοιχο βέλος.
Βήμα 3. Προσθέστε την κανονική δύναμη
Η κανονική δύναμη είναι ίση με το μέγεθος του βάρους που δρα κάθετα στο πάτωμα. Σε αυτή την περίπτωση, όλο το βάρος ενεργεί κάθετα στο πάτωμα, επομένως, τα Ν και W είναι ίσα σε μέγεθος. Έτσι, Ν = 98,1 Ν. Γράψτε αυτό δίπλα στο αντίστοιχο βέλος.
Βήμα 4. Προσθέστε τη δύναμη τριβής
Η δύναμη τριβής δίνεται από τον τύπο: f = μ*N. Επομένως, f = 0,6*(98,1 Ν) = 58,86 Ν. Γράψτε αυτό δίπλα στο αντίστοιχο βέλος.
