Diagram prostega telesa

Kaj je brezplačni diagram telesa?

A Diagram prostega telesa, Izoliran telesni diagram ali diagram sil, gre za shemo, kjer sile, ki delujejo na telo, predstavljajo puščice.

V diagram morate poskrbeti, da morate vključiti vse sile, ki delujejo na objekt, in ker gre za vektorsko velikost, je puščica odgovorna za označevanje njene smeri in njegovega pomena, medtem ko dolžina njega ponuja idejo modul ali intenzivnost.

Slika 1. a) semafor, ki visi od podpore s kabli, b) Diagram prostega telesa semaforja in c) Diagram brezplačnega telesa v kabelskem vozlu. Vir: Serway, r. Fizika na fakulteti.

Na sliki 1 imamo primer brezplačnega telesa, ki ga bomo analizirali.

Situacija je naslednja: semafor, ki visi na preostalih nekaterih kablih (slika 1A). Na njem sta dve sili, ena je tisti, ki ga vadi Zemlja, ki je teža. Na diagramu je označen kot F_g in deluje navpično navzdol.

Druga sila je napetost v navpični vrvi, imenovana T₃ In to gre navpično navzgor, drži semafor in preprečuje, da bi šel na tla.

Kadar ima težava več kot en predmet, je treba za vsakega ločeno risati diagram.

Vozel med nagnjenimi strunami in vrvjo, ki drži semafor, se šteje za določen predmet, njegov diagram prostega telesa pa je na sliki 1C. Upoštevajte, da za vozel napetost T₃ je usmerjena navzdol.

Pomembno je opozoriti, da v diagramu prostega telesa sile, ki jih predmet izvaja na drugih telesih.

Primeri brezplačnega telesa

Diagram prostega telesa omogoča uporabo Newtonovih zakonov in z njimi določa stanje gibanja ali preostanek predmeta, na katerem delujejo sile. V primeru prikazanega semaforja lahko določimo vrednost napetosti v kablih, ki so predmet semaforja, poznajo težo tega.

Vam lahko služi: mrtve obremenitve: značilnosti, izračun, primeri

Ko so ti podatki znani, so izbrani ustrezni kabli za obešanje semaforja in to izpolnjuje njegovo funkcijo brez propada.

Brezplačni telesni diagrami služijo za opis različnih vsakdanje situacije, kot so te:

Oseba, ki gleda prtljažnik ali posodo

Zelo pogosto je, da morajo ljudje na sliki prenesti težke predmete, kot je posoda. Za to morajo izvajati silo F Na posodi, ki je v tem primeru vodoravna in na desni, ki je smer gibanja.

Slika 2. Oseba izvaja silo velikosti F, da se premika vodoravno težka posoda. Vir: Serway, r. Fizika na fakulteti.

Vendar to ni edina sila, ki deluje nanj, obstaja tudi normalno n, Uživa ravna površina ploščadi s kolesi. In končno je teža: F_g, usmerjeno navpično navzdol.

Normal je sila, ki nastane, dokler sta dve površini v stiku in je vedno pravokotna na površino, ki jo izvaja. V tem primeru kolesna platforma izvaja normalno na posodi.

Blok, ki drsi skozi nagnjeno ravnino

Nekatere mize imajo rahlo naklonjeno mizo, da bodo opombe bolj udobne in branje. Ima tudi režo za a-lapiz, vendar smo svinčnik postavili na mizo iz reže in videli smo, kako drsi po mizi.

Kaj sile delujejo na svinčniku?

Enako, ki deluje na bloku, prikazanem na naslednjem diagramu prostega telesa:

Slika 3.- Predmet (blok ali svinčnik), ki drsi na nagnjeni ravnini s trenjem, ima prikazan diagram prostega telesa. Vir: Giancoli, D. Fizika: načela z aplikacijami.

Normalno F_N To je sila, ki jo površina tabele izvaja na svinčniku ali podprtem bloku. Za razliko od prejšnjega primera normalno ni navpično, ampak naklonjeno. Ne pozabite, da je normalna sila, ki jo ima tabela na bloku in je pravokotna nanj. Ker je tabela nagnjena, tudi normalno.

Lahko vam služi: Prvo ravnotežno stanje: razlaga, primeri, vaje

Kot vedno teža F_g Je navpičen, ravnodušen od naklona sistema.

In končno imamo novo silo, kar je kinetično trenje F_fr Med mizo in svinčnikom ali blokom. Trenje je tudi kontaktna sila, vendar je za razliko od običajne tangencialne (vzporedne) sila na površino. Upoštevajte tudi, da je vedno usmerjen v nasprotju z gibanjem.

Atwood stroj

Atwood Machine je preprost stroj, ki je sestavljen iz lahkega škripec in brez trenja v tirnici, skozi katerega prehajajo svetlo in neiztežno vrv.

Dva masa predmeta sta obešena iz istega₁ in m₂. Ko se eden od predmetov dvigne, se drugi spusti, kot je prikazano na sliki 4:

Slika 4. Atwood stroj in ustrezni diagrami brezplačnega telesa mase, ki visijo iz vrvi. Vir: Serway, r. Fizika na fakulteti.

Ker obstajata dva predmeta, se shema prostega telesa izdela ločeno. Za oba predmeta obstajata samo dve sili: napetost v vrvi T in ustrezne uteži.

Na sliki se vsaka teža izraža neposredno kot produkt mase s pospeševanjem. Svoje strani je napetost vedno usmerjena navpično vzdolž napete vrvi.

Vaja rešena

Uporabite Newtonove zakone, da določite pospeševanje, s katerim se maso Atwoodskega stroja, prikazane v prejšnjem razdelku, premikajo.

Rešitev

Newtonov drugi zakon ugotovi, da je vsota sil s pospeševanjem enaka produlute mase.

Konvencija o znakih v vsaki masi je lahko drugačna, zato bomo kot pozitiven občutek jemali kot gibanje, kot je prikazano z grafom, prvi masa se dvigne in druga se spusti.

Lahko vam služi: površinski valovi: značilnosti, vrste in primeri

V nekaterih težavah izjava ne zagotavlja informacij, potem morajo znaki.

-Za maso 1 (nalaganje):

T - m₁g = m₁do

-Za maso 2 (nizka):

-T + m₂g = m₂do

Obe enačbi tvorita sistem linearnih enačb dveh neznank, saj se napetost pojavlja z drugačnim znakom v vsaki enačbi, jim preprosto dodamo izraz v izraz in napetost se prekliče:

m₂G - m₁g = m₁A + m₂do

a = m₂G - m₁G / (m₁ + m₂)

Reference

1. Bauer, w. 2011. Fizika za inženiring in znanosti. Zvezek 1. MC Graw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Serway, r., Vulle, c. 2011. Fizika na fakulteti. 9na ed. Cengage učenje.
4. Tipler, str. (2006) Fizika za znanost in tehnologijo. 5. izd. Zvezek 1. Uredništvo se je vrtelo.
5. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill