Fri kroppsdiagram

Vad är ett gratis kroppsdiagram?

En Fri kroppsdiagram, Isolerat kroppsdiagram eller kraftdiagram, det är ett schema där krafterna som verkar på en kropp representeras av pilar.

Du måste se till att i diagrammet inkludera alla krafter som verkar på objektet, och eftersom det är en vektorstorlek, är pilen ansvarig för att indikera dess riktning och dess betydelse, medan längden på det ger en uppfattning om modulen eller intensiteten.

Figur 1. a) ett trafikljus som hänger från stödet med kablar, b) fritt kroppsdiagram över trafikljuset och c) gratis kroppsdiagram i kabelknuten. Källa: Serway, R. Högskolefysik.

I figur 1 har vi ett exempel på ett gratis kroppsdiagram som vi ska analysera.

Situationen är som följer: ett trafikljus som hänger vid resten av vissa kablar (figur 1A). På den två styrkorna är en som jorden utövar, vilket är vikten. I diagrammet betecknas det som F_g och agerar vertikalt ner.

Den andra kraften är spänningen i det vertikala repet, kallad T₃ Och det går vertikalt uppåt, håller trafikljuset och förhindrar att den går till marken.

När ett problem har mer än ett objekt är det nödvändigt att rita ett diagram för varje separat.

Knuten mellan de lutande strängarna och repet som håller trafikljuset betraktas som ett specifikt objekt och dess fria kroppsdiagram finns i figur 1C. Observera att för knuten, spänningen T₃ riktas ner.

Det är viktigt att notera att i det fria kroppsdiagrammet ska de krafter som objektet utövar på andra kroppar inte visas, utan bara de som verkar på det.

Exempel på gratis kroppsdiagram

Det fria kroppsdiagret tillåter tillämpning av Newtons lagar och med dem bestämmer rörelsestillståndet eller resten av objektet som krafterna lagen. När det gäller det visade trafikljuset kan vi bestämma värdet på spänningarna i kablarna som omfattas av trafikljuset, känd vikten av detta.

Kan tjäna dig: döda laster: egenskaper, beräkning, exempel

När dessa data är kända väljs adekvata kablar för att hänga trafikljuset och som uppfyller sin funktion utan kollaps.

Gratis kroppsdiagram tjänar till att beskriva olika vardagliga situationer, till exempel dessa:

En person som tittar på en bagageutrymme eller behållare

Det är mycket vanligt att människor måste överföra tunga föremål som behållaren i figuren. För detta måste de utöva en kraft F På behållaren, som i detta exempel är horisontellt och till höger, vilket är rörelsens riktning.

figur 2. En person utövar en storlek av storlek för att flytta horisontellt en tung behållare. Källa: Serway, R. Högskolefysik.

Men detta är inte den enda kraften som verkar på honom, det finns också det normala n, Utövas av plattformens plana yta med hjul. Och slutligen är vikten av det: F_g, riktad vertikalt ner.

Normal är en kraft som uppstår så länge två ytor är i kontakt och alltid är vinkelrätt mot ytan som utövar den. I det här fallet utövar hjulplattformen en normal på behållaren.

Ett block som glider genom ett lutande plan

Vissa skrivbord har en något lutande tabell för att göra anteckningarna mer bekväma och lästa. Den har också A-lapiz-slot, men vi har alla lagt pennan på bordet ur spåret och vi har sett hur det glider på bordet.

Vilka krafter agerar på pennan?

Samma som verkar på blocket som visas i följande gratis kroppsdiagram:

Figur 3.- Ett objekt (block eller penna) som glider på ett lutande plan med friktion har det fria kroppsdiagrammet visas. Källa: Giancoli, D. Fysik: Principer med applikationer.

Det normala F_N Det är kraften som ytan på bordet utövar på pennan eller det stödda blocket. Till skillnad från det föregående exemplet är det normala inte vertikalt, men benägen. Kom ihåg att det normala är den kraft som utövas av bordet på blocket och är vinkelrätt mot den. Eftersom tabellen är benägen, det normala också.

Det kan tjäna dig: första jämviktstillstånd: Förklaring, exempel, övningar

Som alltid vikten F_g Det är vertikalt, likgiltigt från systemet lutning.

Och slutligen har vi en ny kraftverk, som är kinetisk friktion F_fr Mellan bordet och pennan eller blocket. Friktion är också en kontaktkraft, men till skillnad från normalt är det en tangentiell (parallell) kraft till ytan. Observera också att det alltid riktas i strid med rörelsen.

Atwoodmaskinen

Atwood Machine är en enkel maskin som består av en lätt remskiva och utan friktion i skenan, genom vilken ett lätt och oförstörande rep passerar.

Två massföremål hängs från samma₁ och M₂. När ett av föremålen stiger, sjunker den andra, som visas i figur 4:

Figur 4. Atwood -maskinen och respektive gratis kroppsdiagram av massorna som hänger från repet. Källa: Serway, R. Högskolefysik.

Eftersom det finns två objekt görs ett gratis kroppsdiagram separat. För båda föremålen finns det bara två krafter: spänningen i repet T och respektive vikter.

I figuren uttrycks varje vikt direkt som produkten av massan genom acceleration. För sin del riktas spänningen alltid vertikalt längs det spännande repet.

Träning löst

Tillämpa Newtons lagar för att bestämma den acceleration som massorna på Atwood -maskinen som visas i föregående avsnitt flytt.

Lösning

Newtons andra lag konstaterar att summan av krafter är lika med produkten av massan genom acceleration.

Teckenkonventionen i varje massa kan vara annorlunda, så vi kommer att ta en positiv känsla av att rörelsen, vilket indikeras av grafen, den första massan stiger och den andra går ner.

Det kan tjäna dig: ytliga vågor: egenskaper, typer och exempel

I vissa problem ger uttalandet inte information, då måste skyltarna.

-För massa 1 (uppladdning):

T - m₁g = m₁till

-För massa 2 (låg):

-T + m₂g = m₂till

Båda ekvationerna bildar ett system med linjära ekvationer av två okända, eftersom spänningen visas med ett annat tecken i varje ekvation, vi lägger helt enkelt till dem till term och spänningen avbryts:

m₂G - m₁g = m₁A + m₂till

a = m₂G - m₁G / (m₁ + m₂)

Referenser

1. Bauer, w. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. MC Graw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte. Ed Prentice Hall.
3. Serway, R., Vule, c. 2011. Högskolefysik. 9na ed. Cengage Learning.
4. Tipler, s. (2006) Fysik för vetenskap och teknik. 5: e upplagan. Volym 1. Redaktör.
5. Tippens, s. 2011. Fysik: koncept och applikationer. Sjunde upplagan. McGraw Hill