5.13: Serbest cisim diyagramları: Örnekler

Kuvvetleri içeren problemleri çözmek, serbest cisim diyagramları kullanılarak kolaydır. Bir serbest cisim diyagramı, bir nesne veya sistem üzerinde etki eden tüm dış kuvvetleri gösteren bir taslaktır. Nesne veya sistem, tek bir izole nokta (veya serbest cisim) ile temsil edilir. Yalnızca nesne veya sistem dışında ortaya çıkan kuvvetler - dış kuvvetler - gösterilir. Kuvvetler, serbest cisimden dışarı doğru uzayan vektörlerle temsil edilir. Bir sandalyede oturan bir kişiyi hayal edin. Burada, serbest cisim diyagramı iki kuvvetten oluşur. Sandalyenin normal kuvveti yukarıya doğru yönlendirilir ve yerçekimi kuvveti aşağıya doğru yönlendirilir.

Başka bir örnek vermek gerekirse, yatay bir yüzeyde hareket eden bir roket kızağı düşünelim. Kızak, her roketin oluşturduğu aynı kuvvet olan bir roket itişi ile hızlanır. Burada sistem, kızak, roketleri ve binicisi olduğu için bu nesneler arasındaki kuvvetler dikkate alınmaz. Serbest cisim diyagramı, pozitif x-yönünde etki eden itiş, negatif x-yönünde etki eden sürtünme, pozitif y-yönünde etki eden normal kuvvet ve negatif y-yönünde etki eden ağırlığı içerir. Kuvvetler hem dikey hem de yatay olarak etki etse de, dikey kuvvetler birbirini iptal eder çünkü dikey bir ivme yoktur. Bu bizi yalnızca yatay kuvvetlerle ve daha basit bir tek boyutlu probleme götürür. Yönler artı veya eksi işaretleriyle belirtilirken, sağ taraf pozitif yönde kabul edilir.

Bir kayakçının eğimli bir yüzeydeki serbest cisim diyagramına baksaydık, normal kuvvet eğime dik olarak gösterilir ve sürtünme kuvveti eğime paralel olarak gösterilirdi. Ancak kayakçının ağırlığı, her iki eksende de bileşenlere sahiptir, yani Wx ve Wy.

Bu metin, Openstax, University Physics Volume 1, Section 5.7 Drawing Free-Body Diagrams adresinden uyarlanmıştır.

Serbest cisim diyagramları, bir nesne üzerindeki çeşitli kuvvetlerin grafiksel temsilleridir. Bu bazı örneklerle anlaşılabilir.

Bir zincire asılı bir lamba için serbest cisim diyagramı, iki kuvvete sahip bir nokta olarak gösterilebilir: yerçekimi kuvveti ve zincirdeki gerilim.

Başka bir örnek vererek, büyük bir kutu taşıyan bir araba için serbest cisim diyagramı çizin. Burada kutu ve araba olmak üzere iki ilgi sistemi vardır; Bu nedenle, her biri için ayrı diyagramlar çizmeye ihtiyaç vardır.

Kutuya etki eden kuvvetler, kütlesinden dolayı yerçekimi kuvveti, normal kuvvet ve arabanın kutuya uyguladığı sürtünme kuvvetidir.

Araba için yerçekimi kuvveti, yerden kaynaklanan net normal kuvvet, araba üzerindeki kutudan kaynaklanan normal bir kuvvet, zemin ve arabadaki kutu tarafından uygulanan net sürtünme kuvveti ve tutamağa uygulanan bir itme, hepsi birlikte hareket eder.