مخططات الجسم الحر – المستوى المائل والمصعد والبكرة

ماذا تعرض

يُظهر مخطط الجسم الحر جسمًا واحدًا مع كل القوى المؤثرة فيه، مرسومة من مركزه كما في نموذج الجسيم. وتأتي كل قوة من شيء يلامس الجسم أو يسحبه: الأرض (الوزن)، أو سطح (القوة العمودية والاحتكاك)، أو حبل (الشد)، أو مائع (قوة الطفو). ومجموع القوى هو القوة المحصلة، ويعطي قانون نيوتن الثاني ΣF = ma التسارع. وفي مصعد متسارع يقرأ الميزان N = m(g + a)؛ أما في الإطار المرجعي للمصعد نفسه فتوازن قوة قصور −ma القوى. يستخدم النموذج g = 9.81 m/s² ومعامل احتكاك واحدًا μ وحبلًا وبكرة خفيفين.

طريقة الاستخدام

اختر «الحالة». اسحب قوة من الدرج إلى الجسم وأفلتها في الجهة التي تتجه إليها القوة؛ واسحب الطرف الدائري لتدويرها، أو أعدها إلى الدرج لحذفها. اضغط «تحقق» واتبع الإرشادات. يحرّك «تشغيل» الأجسام. وفي المصعد اضبط «تسارع المصعد a»، واضغط «تسجيل قراءة الميزان»، وقارن خيارات «الإطار المرجعي». ويرسم «إظهار الإجابة» القوى بمقياس رسم.

المعاملات القابلة للتغيير

• الحالة صندوق على مستوى مائل خشن, صندوق ينزلق صاعدًا على مستوى مائل, كتلة يرفعها حبل, قطعة طافية, شخص على ميزان في مصعد, صندوقان يصل بينهما حبل على بكرة
• الكتلة m (الصندوق A عند البكرة) 0.5–10 kg
• كتلة الصندوق B 0.1–10 kg
• زاوية الميل θ 5–60 °
• معامل الاحتكاك μ 0–1
• قوة شد الحبل 0–60 N
• كثافة القطعة ρ 100–950 kg/m³
• كتلة الشخص m 20–120 kg
• تسارع المصعد a (+ إلى أعلى) -9.81–5 m/s²
• الإطار المرجعي الأرض, المصعد
• إخفاء كتلة الشخص
• إظهار الإجابة (القوى بمقياس رسم)

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يتجه الاحتكاك إلى أسفل المنحدر عندما ينزلق صندوق صاعدًا عليه؟
2. ماذا يقرأ الميزان في مصعد انقطع كبله، ولماذا؟
3. ما القوة التي يجب إضافتها إلى المخطط عند وصف الشخص من داخل مصعد متسارع؟