كيفية رسم مخطط الجسم الحر Free Body Diagrams
السلام عليكم
هذا الموضوع ترجمة موجزة بتدبر
المصدر
كل الاجسام والجسيمات البالغة الصغر في الكون يؤثر ويتأثر بعدة قوى محيطة به
ولتسهيل دراسة هذه الاجسام نرسم بيانيا مخطط الجسم الحر.
يعرف مخطط الجسم الحر على انه رسم توضيحي يصور جميع القوى المؤثرة على الجسم باستخدام الاسهم ( المتجهات )
بغض النظر عن القوى المؤثرة سابقا او لاحقا اين ان المخطط يوضح القوى المؤثرة في هذه اللحظه فقط
ومن ثم يستخدم هذا المخطط لحساب القوى المؤثرة واتجاهها وتحليلها بدقه , مع الاخذ بعين الاعتبار ان مخطط الجسم يوضح فقط الكميات المتجهة اما الكميات القياسية التي تحدد بالمقدار فقط مثل المسافة السرعه لا يمكن رسمها .
في الفيزياء هذه الرسوم التوضحيه لها اهميه كبيرة جدا لانها تحول العوامل المؤثرة المادية لغير مادية مما يسهل التعامل معها , وليس ضروريا ان يكون الرسم مطابق للحجم الحقيقي للجسم بل يرسم نموذج مصغر خالي من الاضافات الغير ضروية .
توضيح
يفضل عند رسم مخطط الجسم الحر ان يكون ثنائي الابعاد اي يتكون من محور x , y وليس ثلاثي للحفاظ على البساطه من اجل تسهيل حل المشاكل .
هناك ثلاث جوانب مهمة يجب ان تؤخذ بعين الاعتبار عند رسم مخطط الجسم الحر
1- اتجاه القوة
2- حجم القوة
3- نقطة الاصل/ المصدر/ منطقة تطبيق القوة
انواع القوى
المؤثرة على الاجسام
1- القوة المؤثرة ( المسلطة ) - هي القوة التي تغير من حالة الجسم من الساكن الى المتحرك وبالعكس وقد يكون هناك اكثر من قوة مؤثره وباكثر من اتجاه
2- قوة الشد (المتوترة) - تتواجد هذه القوى عندما يكون الجسم مممدا او شكله الاصلي مشوها وفي الكثير من الاحيان تكون قوة الشد عكس القوة المسلطة على الجسم والجاذبيه
3- قوة الاحتكاك - هذه القوة تكون عكسية لاتجاه القوة المطبقة او الموثرة على الجسم وتكون قليله نسبيا وتعتمد على مدى خشونة السطح ومعامل الاحتكاك لكل سطح كلما كان السطح املس كلما قلت هذه القوى
4- قوة الجاذبية - وفق قانون نيوتن قوتا التجاذب بين جسمين ماديين تتناسب طردياً مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما اي ان كل جسم على سطح الارض يتاثر بجاذبية ارضيه , مقدار التعجيل الارضي كمتوسط 9.81m/s2
5- قوة رد الفعل - هي القوة العمودية المؤثرة على الجسم من الاسطح وتكون عكس اتجاه الجاذبية اذا كانت افقيه اي ببساطه هي ردة فعل السطح على الجسم
6- مقاومة الهواء - اي جسم يتحرك في الهواء يتاثر بقوى عكسيه تبطئ من حركته وهي مقاومة الهواء تحسب على انها قوى احتكاك تعتمد على حركة الهواء الحالية
بعض الامثلة البسيطة لفهم انواع القوى
الشكل الاول
صندوق على سطح افقي
1-هناك قوة مسلطة عليه من جهة اليسار (Fa) تدفع الجسم نحو اليمين
2- قوة احتكاك (Fr ) تكون عكس القوى المسلطة دائما ولهذا حركتها تكون الى اليسار
3- لكل جسم وزن يكون الى الاسفل بفعل الجاذبية الارضيه (mg)
4- قوة رد فعل (N) السطح الافقي على الجسم وتكون الى الاعلى
الشكل الثاني
صندوق على سطح مائل بزاوية 30
بما ان السطح مائل فان اتجاه الحركة الطبيعي نحو الاسفل اذا اتجاه قوة الاحتكاك نحو الاعلى
كذلك هنا قوة رد فعل عمودي من السطح على الجسم اتجاهها نحو الاعلى
وزن الجسم دائم يكون بتجاه عمودي نحو الاسفل لكن بما ان الجسم مائل يجب تحليل وزن الجسم ليتنساب مع اتجاه الميلان
وفق القانون التالي mgsin 30 اما لتحليل وزن الجسم ليتناسب اي على نفس محور رد الفعلmgcos30
اخذنا زاوية 30 لانها زاوية الميلان
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة Suzana
