דיאגרמות כוח

כוחות מאוזנים

הגדרה: כל הכוחות מבטלים זה את זה ← הכוח השקול = 0

מה קורה?
לפי חוק ראשון של ניוטון, הגוף ימשיך במצבו:
• אם היה במנוחה ← יישאר במנוחה
• אם היה נע ← ימשיך לנוע במהירות קבועה

דוגמאות:
• ספר על שולחן (נח)
• מכונית נוסעת במהירות קבועה
• צנחן בצניחה קבועה (התנגדות אוויר = משקל)
• חללית בחלל עמוק במהירות קבועה

מפתח: F_net = 0 ← a = 0
(אין תאוצה!)

כוחות לא מאוזנים

הגדרה: הכוחות לא מבטלים זה את זה ← הכוח השקול ≠ 0

מה קורה?
לפי חוק שני של ניוטון, הגוף מקבל תאוצה:
• F_net = ma ← a = F_net / m
• הכיוון של התאוצה = כיוון הכוח השקול

דוגמאות:
• כדור נופל (כבידה > התנגדות אוויר)
• מכונית מאיצה (כוח מנוע > חיכוך)
• אופניים בולמים (חיכוך > כוח רגליים)
• טיל ממריא (דחף > משקל)

מפתח: F_net ≠ 0 ← a ≠ 0
(יש תאוצה!)

מעלית עולה במהירות קבועה

כוחות:
• מתיחות כבל (T) - מעלה
• משקל (W) - מטה

ניתוח:
המעלית נעה במהירות קבועה ← אין תאוצה ← כוחות מאוזנים

T = W

המתיחות בכבל שווה למשקל המעלית.

מעלית מאיצה מעלה

כוחות:
• מתיחות כבל (T) - מעלה
• משקל (W) - מטה

ניתוח:
המעלית מאיצה מעלה ← יש תאוצה מעלה ← כוחות לא מאוזנים

T > W
F_net = T - W = ma

המתיחות גדולה מהמשקל!

גוף על מישור משופע

כוחות:
• משקל (W) - מטה אנכית
• נורמלי (N) - ניצב למישור
• חיכוך (f) - במעלה המישור

ניתוח:
צריך לפרק את W לרכיבים:
• W_∥ - מקביל למישור (גורם להחלקה)
• W_⊥ - ניצב למישור (מאוזן ע"י N)

אם f < W_∥ ← הגוף מחליק למטה!

כדור בנפילה חופשית

כוחות:
• משקל (W = mg) - מטה
• התנגדות אוויר (R) - מעלה

שלב 1 - בהתחלה:
R קטן ← W > R
F_net = W - R (מטה)
הכדור מאיץ מטה!

שלב 2 - אחרי זמן:
R גדל עם המהירות ← R = W
F_net = 0
הכדור נע במהירות סופית קבועה!

שלב 1: זיהוי

מה ועל מי?

• בחירת הגוף המנותח
• זיהוי כל הכוחות הפועלים עליו
• שאלה: מי או מה מפעיל כל כוח?

שלב 2: ציור

דיאגרמת גוף חופשי

• ציור הגוף כנקודה/ריבוע
• ציור חיצי כוחות עם כיוונים נכונים
• תיוג כל כוח בשם ועוצמה

שלב 3: פירוק

צירים x ו-y

• בחירת מערכת צירים נוחה
• פירוק כוחות אלכסוניים לרכיבים
• חישוב נפרד לכל ציר

שלב 4: חישוב

כוח שקול ותאוצה

• חישוב כוח שקול בכל ציר: ΣF
• שימוש בחוק השני: F = ma
• מציאת התאוצה או כוח לא ידוע