自由体图是作用在物体上的所有外力的图。它是分析许多与力和运动有关的问题的有用工具。要构建一个自由体图,遵循以下步骤:
步骤1:画一个物体的简化图(它可能是一个正方形或圆形),并画一个点在它的质量中心是什么。我们将从这一点画出所有的力。
步骤2:在你第一步画的点上画两条垂直线相交。这是a的坐标轴笛卡尔坐标系.你通常会画一条这样的线在左右方向上,另一条在上下方向上,但这只是一种方法。另一种可能,在有斜力的情况下,是画出这些轴,使它们尽可能多地与力对齐。轴的选择取决于每个问题的特殊性,它们都是等价的,但巧妙的选择可以节省大量的计算。
步骤3:画出作用在物体上的每一个外力作为一个向量把它们的尾巴放在你画的质心上。注意它们的方向:向下的力应该用一个指向下的矢量来表示,斜方向的力应该用一个与力方向相似的斜矢量来表示。为了清晰起见,更强的力量可以用更长的箭头表示。的合力不被认为是外力,不应该在这个阶段画出来。
步骤4:如果力与第二步画的坐标轴不一致,沿着轴分解力.
额外的步骤:如果问题中有两个或两个以上的物体或物体,为每个物体画一个独立的自由体图。
在大多数情况下,没有必要将每个力矢量画到其完全准确的大小和方向(特别是因为在某些情况下它们是未知的)。相反,作为组织信息的定性技术,自由体图是最有用的,这些信息将用于以后执行定量计算。

图1:创建自由体图的步骤。