Hvordan får du acceleration ved hjælp af et frit kropsdiagram?

hvad et diagram med frit krop viser

Et fritkroppsdiagram er en visuel repræsentation af alle kræfter, der virker på et objekt. Det viser ikke objektets bevægelse eller acceleration direkte. Det viser:

* kræfter: Pile, der repræsenterer retningen og størrelsen af ​​hver kraft, der virker på objektet (f.eks. Tyngdekraft, normal kraft, friktion, anvendt kraft).

* Objekt: En simpel repræsentation af objektet (normalt en kasse eller cirkel).

hvordan man får acceleration

For at finde accelerationen fra et fritkroppsdiagram skal du følge disse trin:

1. Identificer alle kræfter: Sørg for, at du korrekt har identificeret alle kræfter, der virker på objektet i dit fri-kropsdiagram.

2. Vælg et koordinatsystem: Beslut om et koordinatsystem (normalt x og y -akser) for at beskrive kræfteres retning.

3. Løs kræfter til komponenter: Hvis kræfter ikke er på linje med dine valgte akser, skal du nedbryde dem i vandrette (x) og lodrette (y) komponenter.

4. Anvend Newtons anden lov: For hver retning (x og y), opsummer alle kræfter, der virker i den retning, og indstil den lig med objektets masse ganget med dens acceleration i den retning:

* Σf_x =ma_x

* Σf_y =ma_y

5. Løs for acceleration: Løs ligningerne for accelerationskomponenterne (A_X og A_Y).

6. Find størrelsen og retning: Hvis du har brug for den samlede acceleration, skal du bruge Pythagorean -sætningen til at finde størrelsen:a =√ (a_x² + a_y²). Retningen findes ved hjælp af trigonometri.

eksempel

Lad os sige, at du har en kasse, der sidder på en rampe med en kraft, der skubber den op ad bakke. Sådan finder du accelerationen:

1. kræfter: Tyngdekraften (nedad), normal kraft (vinkelret på rampen), anvendt kraft (op rampen), friktion (modsætter sig bevægelsen).

2. Koordinatsystem: Vælg X-akse parallelt med rampen og Y-aksen vinkelret på rampen.

3. Løs kræfter: Bryd tyngdekraften i komponenter parallelt og vinkelret på rampen.

4. Newtons anden lov:

* Σf_x =MA_X (summen af ​​kræfter parallelt med rampen)

* Σf_y =ma_y (summen af ​​kræfter vinkelret på rampen)

5. Løs: Løs ligningerne for A_X og A_Y.

6. Størrelse og retning: Brug Pythagorean -sætning og trigonometri til at finde den samlede acceleration.

Nøglepunkt: Diagrammet med fri krop er et visuelt værktøj, der hjælper dig med at identificere og organisere de involverede kræfter. Accelerationen beregnes gennem Newtons anden lov ved hjælp af oplysningerne fra frie kropsdiagrammet.