材料力學/基於力的靜力平衡/自由體圖

3.1 自由體圖

圖 3.1：傾斜平面上的塊體的自由體圖，其中大小為mg的向量分解為正交分量。

在物理學中，我們經常使用自由體圖 (FBDs) 來描述物體之間的力和體力。當考慮作用在物體/身體上的力的平衡時，FBDs在正確使用時是一種極好的輔助工具。如圖 3.1 所示，我們可以使用物體/身體 (傾斜平面上的藍色塊體) 上的 FBD 來描述作用在身體上的向量力 (重力、摩擦力和來自傾斜平面的法向力)。我們還可以使用 FBD 來描述物體之間的作用-反作用力對，並記住牛頓第三運動定律。在塊體和傾斜平面的情況下，我們可以將作用-反作用力對設想為${\vec {\mathsf {N}}}$ 從傾斜平面作用於藍色塊體，以及來自重力的向量分量，其大小為$mg\cos \theta$ 從塊體作用於傾斜平面。另一作用-反作用力對將包括來自傾斜平面的摩擦力${\vec {\mathsf {f}}}$ 作用於塊體，以及來自塊體作用於傾斜平面的大小相等且方向相反的摩擦力。

識別作用-反作用力對是理解周圍環境如何與結構物體相互作用的關鍵。當將自由體視為粒子或僅具有軸向力 (即沿穿過物體質心的軸線作用的力) 時，人們可能會遵循以下步驟

1. 定義合適的座標系 (例如，XYZ、xyz)。
2. 繪製描述物體運動的向量——通常在靜力學/力學中沒有用於靜止物體。
3. 繪製作用在物體上的體力 的向量。
4. 繪製作用在物體上的接觸力 和表面力 的向量 (即，選擇作用於物體上的作用-反作用力對)。

在本課程中，我們將大多數結構設想為固定、不動的梁、桁架或壓力容器集合。是的，這些結構可能是運動車輛的一部分，但由於加速度引起的載荷通常會很小，除非存在高速旋轉 (例如，向心加速度$r\omega ^{2}$ 其中$r$ 是徑向距離，而$\omega$ 是角速度)。

體力或接觸力？

這些問題探討了體力和接觸力的特點。

體力？

將旋轉功率與電功率和電流相關聯的問題

大象 Jumbo 想知道以下哪些是體力。 重力 摩擦力 靜電吸引力 離心力
大象 Jumbo 想知道以下哪些是表面力或接觸力。 靜水壓力。 摩擦力 法向力 剪下力

返回 3. 基於力的靜力平衡.