自由体図（FBD）メーカー

自由体図とは

自由体図（FBD）は、力の図とも呼ばれ、1つの物体を切り離して、それに働くすべての力をラベル付きの矢印（ベクトル）として示す簡略化された物理の図です。物体は点や単純な箱に置き換えられ、各押す力・引く力・場の力が、その向きを指す矢印になります。この自由体図メーカーは、物体とその力をテキストで記述すると、きれいでラベル付きのFBDを描きます。記述された力ベクトルを配置してラベルを付けるものであり、合力を計算したり物理が正しいことを保証したりはしないため、解析はご自身で管理してください。

自由体図ジェネレーターを使う理由

• 自由体図はニュートン力学の基礎であり、高校から大学まであらゆる物理の授業がこれに依拠しています。
• 整った比率の力ベクトルを手描きしたり汎用ソフトで描いたりするのは遅く、傾きやすい作業です。
• 明確にラベル付けされたFBDは、どの力が互いに打ち消し合うかを見て取り、方程式を立てるのをはるかに容易にします。
• 学生や指導者は、問題集・スライド・学習ガイドのために、素早く見栄えのする力の図を必要としています。
• テキストのプロンプトから描き直す方が、状況が変わるたびに矢印をドラッグしてラベルを打ち直すよりはるかに速いです。

自由体図の描き方

まず対象の物体を選び、周囲のものから頭の中で切り離します。その物体に直接働くすべての力を挙げます。重力（重さ）・あらゆる面からの垂直抗力・摩擦・ひもやロープの張力・加えられた押す力や引く力、そして浮力などの場の力です。各力の向きと、分かっていればその大きさを記します。斜面・滑車・積み重ねたブロックなどの状況も含め、これらすべてをプロンプトに記述すると、AIが各ベクトルを描いてラベルを付けます。最後に、すべての矢印が意図した方向を向いているか、ラベルが問題の値と一致しているかを確認してください。

自由体図の構成要素

• 物体 — 中央に1つの点または単純な箱として示され、解析対象の物体を表します。
• 重さ（Fg）— 真下を指す重力ベクトルで、大きさはmgです。
• 垂直抗力（FN）— 支持面に垂直な接触力で、面から離れる向きを指します。
• 摩擦（Ff）— 接触面に平行な面の力で、運動またはその起ころうとする向きと逆向きに描かれます。
• 加えられた力と張力（Fa、T）— 押す力・引く力、ロープやケーブルの張力で、それぞれの作用線に沿って向けられます。
• ラベル付きの矢印と方向 — すべてのベクトルが明確なラベルを持ち、指定した方向を指します。任意で合力の矢印も付けられます。