Решение общих проблем

Физика > Решение общих проблем

Создание диаграммы свободного тела: как создать, что представлено на диаграмме, этапы построения и виды, составляющие диаграммы, решение задач по физике.

Диаграммы свободного тела применяют геометрию и векторы для визуального отображения проблемы.

Задача обучения

• Создать диаграмму свободного тела по физическому сценарию.

Основные пункты

• Диаграмма свободного тела дает возможность исследовать проблему визуально, упрощая до геометрических и тригонометрических показателей.
• При создании диаграмм важно нарисовать не только само тело, но и воздействующие на него силы.
• Добавление лишних элементов может ухудшить эффективность диаграммы.

Термины

• Статичный – зафиксированный на месте, лишенный подвижности.
• Динамичный – меняющийся, активный, обладает движением.

Пример

Внизу вы найдете виды диаграммы блока на рамке. Все внешние опоры и структуры заменили на силы, произведенные ими. Можно заметить вес – mg (масса блока и константа ускорения гравитации), N (обычная сила рампы), Ft (сила трения). Силовые векторы указывают направления и точку приложенной силы. Есть здесь и система координат, которую применяют при описании векторов. При создании диаграммы следует не забывать об осторожности. Видно, что линия действия обычной силы пребывает на середине базы, но ее реальное положение можно отыскать только, если располагаете дополнительными показателями.

Есть также сложности со стрелой, отображающей трение. Создатель конкретной диаграммы использовал в качестве указателя точки приложения силы кончик стрелы. Сейчас он расположен в наивысшей точке основания, но это не значит, что трение действует именно здесь. Инженер основывался на сценарии с жестким телом, а значит сила трения выступает скользящим ветром, и точка приложения не касается дела.

Большую часть проблем в физике можно разрешить через диаграммы свободного тела. В них применяется геометрия и векторы, чтобы отобразить ситуацию визуально.

Цель: диаграммы несут пользу для визуализации неизвестных компонентов и пригодны для статистических и динамических проблем.

Создание диаграммы свободного тела

Если не знаете, как сделать диаграмму, то не переживайте касательно масштаба. Начните с одного из способов:

• Частица. Эту модель применяют, если эффекты поворота приравниваются к нулю или же несут нулевой интерес. Само тело можно передать символической фигурой, а диаграмма превращается в набор параллельных стрелок. Сила на частице – связанный вектор.
• Жесткие удлиненные. Напряжение и деформация не вызывают интереса, но влияют. Стрела должна находиться вдоль линии силы, но где именно не имеет значения. Вектор увеличивает силу на расширенном жестком теле.
• Нежесткие удлиненные. Точка применения силы становится критической и должна отображаться на диаграмме. Сила выступает связанным вектором. Для указания точки приложения используют хвост стрелы или кончик.

Делать и не делать

Теперь вы знаете, как построить диаграмму, но что добавить? Диаграмма отображает тело и влияющие на него силы. Поэтому на диаграмме представлены:

• тело. Изображается схематически (частицы/расширенное, жесткое\нежесткое). Далее указываются интересующие вопросы. Если нужно найти поворот корпуса и крутящийся момент, то укажите размер и форму корпуса.
• внешние силы. Отображаются стрелками и метками. Первая может указать направление и точку приложения силы (гравитация, трение, естественная сила, напряжение, сопротивление и т.д.).

Исключите:

• другие тела.
• внутренние силы, влияющие на различные части тела другими частями.
• силы, создаваемые телом.
• любую скорость или ускорение.

---