พาเขียน Free Body Diagram กันครับ

ถ้าใครยังงงว่า free body diagram คืออะไร ให้คิดว่า “เราแยกวัตถุออกมาอยู่ลอยๆ” แล้ววาดเฉพาะ “แรงที่มากระทำกับวัตถุชิ้นนั้น” เท่านั้น พอ FBD ถูก ขั้นต่อไปอย่าง F=ma หรือสมดุลแรงจะง่ายมาก ขั้นตอนที่ผมใช้เขียน FBD (ทำตามนี้กันพลาดได้ดี) 1) เลือก “วัตถุเป้าหมาย” ให้ชัด: เช่น กล่อง, คาน, ลูกตุ้ม หรือก้อนบนพื้นเอียง 2) วาดวัตถุเป็นกล่อง/จุดง่ายๆ ไม่ต้องวาดสวย 3) ใส่แรงหลักให้ครบก่อน: น้ำหนัก W=mg ลงตรงๆ เสมอ, แรงปฏิกิริยาปกติ N ตั้งฉากกับผิวสัมผัส, แรงตึงเชือก T ชี้ “ออกจากวัตถุ” ตามแนวเชือก, แรงเสียดทาน f ต้านการเคลื่อนที่/แนวโน้มการเคลื่อนที่, และแรงดึง/ผลัก F ตามโจทย์ 4) ตั้งแกน (x,y) ให้ฉลาด: บนพื้นเอียงผมมักตั้งแกน x ขนานพื้นเอียง และ y ตั้งฉากพื้นเอียง จะช่วยแตกแรง mg ได้ง่าย 5) เขียนสมการตามแกน: ΣFx=ma, ΣFy=ma หรือถ้าอยู่นิ่ง/ความเร็วคงที่ให้ a=0 ตัวอย่างที่ออกบ่อย: วัตถุบนพื้นราบ - มี W=mg ลง, N ขึ้น (ถ้าไม่มีแรงอื่นในแนวดิ่งมารบกวน มักได้ N=mg) - ถ้ามีแรงดันลงเพิ่ม หรือมีแรงยกขึ้น N จะไม่เท่ากับ mg (จำคำนี้ไว้เลย: N=mg เฉพาะกรณีที่แนวดิ่งมีแค่ N กับ mg และไม่มีความเร่ง) - ถ้ามีการดึงไปขวา แรงเสียดทาน f จะไปซ้าย และใช้ f=μN (จลน์) หรือ f≤μsN (สถิต) ตัวอย่างพื้นเอียง (free body diagram พื้นเอียง) - ใส่ W=mg ลงแนวดิ่ง, N ตั้งฉากกับพื้นเอียง, f อยู่ขนานพื้นเอียงต้านการไถล - แตก W เป็น mg sinθ (ขนานพื้นเอียง) และ mg cosθ (ตั้งฉากพื้นเอียง) - กรณีไม่มีแรงอื่นในแนวตั้งฉากพื้นเอียง จะได้ N=mg cosθ (นี่เป็นจุดที่หลายคนพลาดเพราะเผลอใช้ N=mg) เรื่องแรงตึงเชือก T ที่ชอบหลุด - T ต้องชี้ออกจากวัตถุเสมอ และอยู่ตามแนวเชือก - เชือกเส้นเดียวกัน (เชือกเบา/รอกลื่นตามอุดมคติ) ขนาด T เท่ากันทั้งเส้น free body diagram คาน (ที่พบบ่อยในสมดุล) - อย่าลืม “แรงปฏิกิริยาที่จุดรองรับ” เช่น ข้อพับมีได้ทั้ง Rx,Ry ส่วนลูกกลิ้งมักมีแรงตั้งฉากอย่างเดียว - ถ้าโจทย์สมดุล: ใช้ ΣF=0 และ Στ=0 (เลือกจุดหมุนให้ตัดแรงที่ไม่อยากคิด) เช็กลิสต์ก่อนส่งคำตอบ - ใส่ W=mg ทุกครั้ง (ยกเว้นโจทย์ไม่ให้มีมวล/ไม่ใช่วัตถุจริง) - N ต้องตั้งฉากผิว ไม่ใช่ชี้ขึ้นเสมอ - f ต้องต้าน “การเคลื่อนที่หรือแนวโน้ม” ไม่ได้ต้านแรงดึงตรงๆ เสมอ - T ต้องตามแนวเชือก และชี้ออกจากวัตถุ ถ้าทำตามลำดับนี้ได้ FBD จะไม่มั่ว แล้วโจทย์พื้นเอียง/คานก็กลายเป็นโจทย์จัดระบบสมการธรรมดา เก็บคะแนนได้ง่ายขึ้นมากครับ