[科普中國]-示力圖

示力圖，也稱為自由體圖或隔離體圖，是一種用箭頭表示物體受力大小及方向的圖像表示法，物理學(xué)家及工程師常以此來分析物體的受力。示力圖可以方便了解物體所受的力或力矩之間的關(guān)系，也有助于求解物體運動方程中待解的力。在研究如梁內(nèi)彎矩及剪力等的內(nèi)部力時，也常用示力圖來說明其概念

簡介示力圖是一種用箭頭表示物體受力大小及方向的圖像表示法，可以方便了解物體所受的力或力矩之間的關(guān)系，也有助于求解物體運動方程中待解的力。示力圖的特點是圖中只有一個物體，其他周圍的物體均不繪出，只用箭頭表示周圍物體的施力。

繪制方式示力圖主要包括物體的形狀及表示受力的箭頭。在問題求解的過程中，重要的是需先選擇隔離體圖物體的形狀。例如在求解鉗子車軸關(guān)節(jié)的受力時，繪制隔離體圖時可以只畫鉗子的一只金屬杠桿，另外一只金屬杠桿則可以用其對前者的施力來代替。示力圖也可反映出為在分析系統(tǒng)時進(jìn)行的假設(shè)及簡化，例如要分析軌道上的人造衛(wèi)星，而且只需求其速度，此時就可以用一個點來表示人造衛(wèi)星。而當(dāng)要分析機(jī)車的剎車碟時，不可能將剎車碟用一個點來表示，此時就需要繪制剎車碟的簡圖。

需小心的處理表示受力箭頭的位置及其標(biāo)示，例如處理斜面上長方體的受力時，需在分析其運動或是假設(shè)力平衡時才能找出正確正向力的位置。其他常見的簡化假設(shè)包括二力構(gòu)件（two-force member）的二個力為大小相等，方向相反，且作用在通過構(gòu)件中心的一直線上，三力構(gòu)件（three-force member）的三個力會共點。

特點示力圖不一定要繪出物體的外形，只有在外形有助于分析其受力時，才有需要繪出物體外形。有些情形時，可以將物體以一點來表示簡單分析。但若需要考慮物體的旋轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)矩，則需要將其外形繪出1。

示力圖中只需考慮作用在該物體上的力，可能包括摩擦力、重力、正向力、阻力、張力或是推力或拉力。若是在非慣性參考系，可能需要考慮慣性力，例如在旋轉(zhuǎn)參考系中的離心力。

示力圖一般會標(biāo)示使用的坐標(biāo)系，在列出其運動方程式時也比較方便。例如在考慮斜面上長方塊的問題時，會將軸選定為延斜面往下的方向，軸選定為和斜面垂直的方向，因此摩擦力只有分量，而正向力只有分量，而重力同時有分量及分量，分別為 及 ，其中 為斜面和水平面之間的夾角。

舉例以一個位于斜面上的長方體來說明示力圖。將所有外部的支撐及結(jié)構(gòu)變成外力，此例中的外力包括：

（1）：是長方體質(zhì)量及重力加速度的乘積，也就是其重量；

（2）：斜面上的正向力；

（3）：斜面上的摩擦力。

外力向量均有標(biāo)示方向及作用點，旁邊也會標(biāo)示其大小。其中也包括坐標(biāo)系統(tǒng)，以便于描述外力。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

尹維龍 - 副教授 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)