כוחות ודיאגרמת גוף חופשי
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| force/fɔːs/ | כוח |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | כוחות מגע |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | כוחות שדה |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | תרשים גוף חופשי |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | מרכיבים |
| net force/net fɔːs/ | כוח נטו |
הכוחות שאי אפשר לראות
- ספר מונח בשקט על שולחן -- אז אין שום דם קורה, נכון?
- שגוי: הכבידה מושכת אותו למטה וגם השולחן דוחף אותו למעלה, באיזון מושלם.
- לכל גוף יש קרב כוחות נסתר.
- כדי לפתור כל בעיה במכניקה, עליך קודם כל לשרטט את הכוחות הללו.
מהו כוח
- כוח הוא דחיפה או משיכה שמאובייקט אחד מופעל על אובייקט אחר, שנמדד בניוטונים.
- כוחות מגע דורשים מגע פיזי -- הכוח הנורמלי, חיכוך, מתח.
- כוחות שדה פועלים ממרחק -- הכבידה היא הידועה ביותר.
אילו מכוחים אלו הוא שדה (פועל ללא מגע)?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כבידה היא כוח שדה הפועל במרחק; חיכוך, כוח תגובה וכוח מתח דורשים מגע.
בחר את כל כוחות המגע.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כוח תגובה, חיכוך ומתח דורשים מגע; כבידה היא כוח שדה.
צייר דיאגרמת גוף חופשי
- דיאגרמת גוף חופשי מראה את האובייקט כנקודה בודדת.
- כל כוח הפועל עליו הופך לחץ, המצביע בכיוון הנכון ומסומן.
- שרטט רק את הכוחות הפועלים על האובייקט -- לעולם אל תשרטט את הכוחות שהוא מפעיל על דברים אחרים.
בנה דיאגרמת גוף חופשי
הוסף כל כוח כחץ וקרא את הכוח הכולל וההאצה הנובעת.
הכוח שהגוף מפעיל על ידך שייך לתרשים הגוף החופשי של אותו גוף.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
תרשים גוף חופשי מציג כוחות על הגוף. הכוח שהוא מפעיל אחורה על ידך שייך לתרשים היד שלך.
פתח לקומפוננטות
- כוחות נדירים סודרים לאורך צירי הקואורדינטות שלך, לכן פצל כל אחד מהם לרכיבים.
- במדרגה, טיל את הצירים באורך וברוחב השיפוע.
- משקל מתפרק אז ל$mg\sin\theta$ לאורך השיפוע ול$mg\cos\theta$ אליו.
במשטח משופע בזווית $\theta$, הרכיב של הכבידה בציר השיפוע הוא $mg\,____\,\theta$.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
המשיכה לאורך השיפוע היא $mg\sin\theta$; חלק הפנימה לשיפוע הוא $mg\cos\theta$.
הוסף אותם לכוח נטו
- הכוח הנטו הוא הסכום הווקטורי של כל החצים.
- הוסף רכיבים ציר אחר ציר: $\sum F_x$ ו$\sum F_y$ בנפרד.
- הכוח הנטו הזה הוא מה ש$\sum F = ma$ הופך להאצה.
כוחות על קופסה (ימינה כחיובי):$+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. מהו הכוח האופקי הכולל (בניוטון)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ ימינה -- פשוט הוסף את הרכיבים עם סימניהם.
אם כל הכוחות על גוף מבטלים זה את זה, הכוח הכולל שלו הוא אפס.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כוחות מאוזנים סוכמים לאפס, ולכן אין כוח נטו ואין האצה.
קופסה $2\ \text{kg}$ על הרצפה דוחפת ימינה בכוח $12\ \text{N}$; חיכוך התנגד בכוח $4\ \text{N}$.
- הכוח הנטו האופקי: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ ימינה.
- אנכי: הכוח הנורמלי ומשקל מבטלים זה את זה, אז $\sum F_y = 0$.
תרשים גוף חופשי מראה כוחות על הגוף בלבד. הכוח שהקופסה דוחפת חזרה לידיך שייך לתרשים היד שלך, לא של הקופסה -- ערבוב ביניהן הוא השגיאה הנפוצה ביותר בכל המכניקה.
תרשים גוף חופשי מצייר כל כוח על גוף כחץ מסומן. פצל אותם לרכיבים לאורך הצירים שלך, ואז הוסף כדי לקבל את הכוח הנטו ($\sum F_x$, $\sum F_y$). רק כוחות על הגוף מופיעים -- הכוח הנטו הזה מניע את ההאצה שלו.