แผนภาพวัตถุอิสระ คือ แผนภาพที่แสดงแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุหนึ่งชิ้น โดยแสดงแรงแต่ละแรงเป็นเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทาง แผนภาพวัตถุอิสระเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุ
วิธีการเขียนแผนภาพวัตถุอิสระ
ในการเขียนแผนภาพวัตถุอิสระ สามารถทำได้ดังนี้
- วาดวัตถุหนึ่งชิ้นลงในกระดาษ
- ระบุแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ โดยระบุขนาดและทิศทางของแรงแต่ละแรง
- แสดงแรงแต่ละแรงเป็นเวกเตอร์โดยให้ปลายลูกศรชี้ไปยังทิศทางของแรง
- หาผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
ตัวอย่างการเขียนแผนภาพวัตถุอิสระ
พิจารณาวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่บนพื้นราบ โดยแรงที่กระทำต่อวัตถุมีดังนี้
- แรงดึงของมือ
- แรงเสียดทานระหว่างพื้นกับวัตถุ
แผนภาพวัตถุอิสระของวัตถุนี้สามารถเขียนได้ดังนี้
1 | Ft |
โดยที่
- Ft คือ แรงดึงของมือ
- Fs คือ แรงเสียดทานระหว่างพื้นกับวัตถุ
การประยุกต์ใช้แผนภาพวัตถุอิสระ
แผนภาพวัตถุอิสระสามารถใช้วิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุได้ เช่น
- การเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วงโลก
- การเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้แรงต้านอากาศ
- การเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้แรงผลักดัน
ข้อควรระวัง
- แรงที่กระทำต่อวัตถุอาจมาจากแหล่งกำเนิดหลายแหล่ง
- แรงที่กระทำต่อวัตถุอาจเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา
ประโยชน์ของแผนภาพวัตถุอิสระ
แผนภาพวัตถุอิสระมีประโยชน์ดังนี้
- ช่วยให้เห็นภาพรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
- ช่วยในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุ
- ช่วยในการหาผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ