力學分析必備！深入探索自由體圖（Free Body Diagram）的應用與技巧

何謂自由體圖

自由體圖又稱隔離體圖（英文為free body diagram)是一種力學分析常用方法，其核心概念為將物體所受的力量大小及方向標示於欲分析之物體上。

圖1.自由體圖範例1

圖2自由體圖範例2

從上述2個圖形中可以知道自由體圖並非一定要是整個物體，如果需要分析受力物體中的某個桿件也可以使用，此時就需要針對感興趣的部份切自由體圖，以下是幾個常見繪製自由體圖的技巧及注意事項：

自由體圖繪製注意事項

1.物體切開後的切開面力量大小相等方向相反

2.切開前維持力平衡的物體切出自由體圖後亦會維持

3.切自由體圖時通常會針對欲求受力情形之桿件切，使桿件內力露出

圖3.自由體圖繪製注意事項

自由體圖的好用之處

圖4.自由體圖用於桁架桿件求解

如上圖桁架系統所示欲求紅色桿件之受力情形，可以直接切自由體圖並透過對A點取彎舉合為0直接求解出紅色桿之受力F(這裡可能會有讀者會問為何直接是軸力而不是像前面的梁一樣會有灣矩，答案是因為桁架的桿件屬於2力桿件)，如果不切自由體圖一樣可以求出解答，但就需要一步一步拆接桿件慢慢推出F之大小為何，此方法步驟較多，有了自由體圖後只需要切自由體圖就可以快速求解，因此善加利用自由體圖不僅可以簡化力學分析問題，也可以節省求解時間。