Diagram voľného tela

Čo je to voľný diagram tela?

A Diagram voľného tela, Izolovaný diagram tela alebo schéma síl, je to schéma, v ktorej sily pôsobiace na telo predstavujú šípky.

Musíte sa uistiť, že do diagramu zahrnuli všetky sily, ktoré konajú na objekte, a keďže ide o veľkosť vektora, šípka je zodpovedná za označenie jej smeru a jej významu, zatiaľ čo jej dĺžka poskytuje predstavu modul alebo intenzita.

postava 1. a) semafor, ktorý visí z podpory káblami, b) voľný diagram semaforu a c) diagram voľného tela v káblovom uzle. Zdroj: Serway, r. Fyzika vysokej školy.

Na obrázku 1 máme príklad voľného diagramu tela, ktorý budeme analyzovať.

Situácia je nasledovná: semafor, ktorý visí vo zvyškoch niektorých káblov (obrázok 1A). Na ňom sa konajú dve sily, jedna je tá, ktorú cvičí Zem, čo je váha. V diagrame je označený ako F_g a pôsobí vertikálne nadol.

Druhou silou je napätie vo vertikálnom lane, ktoré sa volá Tón₃ A to ide vertikálne smerom nahor, drží semafor a bráni mu ísť na zem.

Ak má problém viac ako jeden objekt, potom je potrebné kresliť diagram pre každého osobitne.

Uzol medzi naklonenými reťazcami a lanom, ktorý drží semafor, sa považuje za špecifický objekt a jeho voľný diagram tela je na obrázku 1c. Všimnite si, že pre uzol, napätie Tón₃ je nasmerovaný dole.

Je dôležité poznamenať, že v diagrame voľného tela sily, ktoré objekt uplatňuje na iné telá, by sa nemali objavovať, ale iba tie, ktoré naň konajú.

Príklady voľného diagramu tela

Schéma voľného tela umožňuje uplatňovanie Newtonových zákonov as nimi určuje stav pohybu alebo zvyšok objektu, na ktorom konajú sily. V prípade zobrazeného semaforu môžeme určiť hodnotu napätia v kábloch, ktoré sú vystavené semaforu, známe, že je to hmotnosť.

Môže vám slúžiť: mŕtve zaťaženie: Charakteristiky, výpočet, príklady

Akonáhle sú tieto údaje známe, sú vybrané primerané káble na zavesenie semaforu a ktoré plní jeho funkciu bez kolapsu.

Schémy bezplatného tela slúžia na opis rôznych každodenných situácií, ako sú tieto:

Osoba, ktorá sleduje kmeň alebo kontajner

Je veľmi bežné, že ľudia musia prenášať ťažké predmety, ako je kontajner na obrázku. Za to musia uplatniť silu F Na nádobe, ktorý je v tomto príklade horizontálny a napravo, čo je smer pohybu.

Obrázok 2. Osoba vyvíja silu veľkosti F, aby sa pohybovala vodorovne ťažká kontajner. Zdroj: Serway, r. Fyzika vysokej školy.

Ale toto nie je jediná sila, ktorá na neho koná, existuje aj normálna n, Cvičené plochým povrchom plošiny s kolesami. A nakoniec je to jej hmotnosť: F_g, nasmerované vertikálne nadol.

Normálna je sila, ktorá vzniká, pokiaľ sú v kontakte dva povrchy a sú vždy kolmé na povrch, ktorý ho vyvíja. V tomto prípade platforma kolies vykonáva normálnu na kontajneri.

Blok, ktorý prechádza cez naklonenú rovinu

Niektoré stoly majú mierne naklonenú tabuľku, aby sa poznámky uľahčili a čítali. Má tiež slot A-lapiz, ale všetci sme dali ceruzku na stôl zo slotu a videli sme, ako sa posúva na stole.

Aké sily konajú na ceruzku?

To isté, ktoré pôsobia na bloku zobrazenom v nasledujúcom voľnom diagrame tela:

Obrázok 3.- Objekt (blok alebo ceruzka), ktorý sa posúva na naklonenej rovine s trením, má zobrazený voľný diagram tela. Zdroj: Giancoli, D. Fyzika: Princípy s aplikáciami.

Normálny F_N Je to sila, ktorú vyvíja povrch tabuľky na ceruzku alebo na podopretý blok. Na rozdiel od predchádzajúceho príkladu nie je normál vertikálny, ale naklonený. Pamätajte, že normálna je sila, ktorú vyvíja tabuľka na bloku a je na ňu kolmá. Keď je tabuľka naklonená, tiež normálne.

Môže vám slúžiť: Prvá rovnovážna podmienka: Vysvetlenie, príklady, cvičenia

Ako vždy váha F_g Je vertikálny, ľahostajný zo sklonu systému.

A nakoniec máme novú silu, ktorá je kinetickým trením F_fr Medzi stolom a ceruzkou alebo blokom. Trenie je tiež kontaktná sila, ale na rozdiel od normálu je to tangenciálna (paralelná) sila na povrch. Všimnite si tiež, že je vždy nasmerované v rozpore s pohybom.

Stroj Atwood

Stroj Atwood je jednoduchý stroj, ktorý pozostáva z ľahkej kladky a bez trenia v koľajnici, cez ktorý prechádza svetlo a nemenné lano.

Z toho istého sú zavesené dva masové predmety₁ a m₂. Keď jeden z objektov stúpa, druhý zostupuje, ako je znázornené na obrázku 4:

Obrázok 4. Stroj Atwood a príslušné diagramy voľného tela mas, ktoré visia z lana. Zdroj: Serway, r. Fyzika vysokej školy.

Pretože existujú dva objekty, diagram voľného tela sa vyrába osobitne. Pre oba objekty sú iba dve sily: napätie v lane Tón a príslušné váhy.

Na obrázku je každá hmotnosť vyjadrená priamo ako produkt hmotnosti zrýchlením. Pokiaľ ide o svoju stranu, napätie je vždy nasmerované vertikálne pozdĺž napínacieho lana.

Cvičenie

Aplikujte Newtonove zákony na určenie zrýchlenia, s ktorými sa masy stroja Atwood uvedené v predchádzajúcej časti presúvajú.

Riešenie

Newtonov druhý zákon ustanovuje, že súčet síl sa rovná produktu hmotnosti zrýchlením.

Konvencia príznakov v každej hmotnosti sa môže líšiť, takže budeme brať ako pozitívny pocit pohybu, ako naznačuje graf, prvá hmota stúpa a druhá klesá.

Môže vám slúžiť: Povrchové vlny: Charakteristiky, typy a príklady

V niektorých problémoch vyhlásenie neposkytuje informácie, potom musia znaky.

-Pre hmotnosť 1 (nahrávanie):

T - m₁g = m₁do

-Pre hmotnosť 2 (nízka):

-T + m₂g = m₂do

Obe rovnice tvoria systém lineárnych rovníc dvoch neznámych, pretože napätie sa objaví s iným znamením v každej rovnici, jednoducho ich pridáme do termínu a napätie je zrušené:

m₂G - M₁g = m₁A + m₂do

a = m₂G - M₁G / (m₁ + m₂)

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 1. MC Graw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Serway, r., Vulle, C. 2011. Fyzika vysokej školy. 9NA ED. Učenie sa.
4. Tipler, P. (2006) Fyzika pre vedu a techniku. 5. vydanie. Zväzok 1. Redaktor sa vrátil.
5. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill