隔離體圖

隔离体（isolated body，free body）是指在进行力学分析时，人为地将选定的研究对象（可以是单个质点、刚体，也可以是由若干物体组成的系统）从与其相联系的周围物体中隔离（或“剥离”）出来，并视其为独立存在的一个实体。

隔離體圖（isolated body diagram），英语学界称 free body diagram（FBD），即隔离体受力图、受力分析圖，是指将研究对象从与之相联系的周围物体中“隔离”出来，并将其所受的全部外力都同时以矢量和箭号的形式画在该对象的简图上，该简图即为隔离体图。

必须注意的是：

• free 是“游离”的意思，该受力物因受多力而并不“自由”，且与自由落体或自由度无关。
• 隔离体图只画原始外力，不画合力或净力，且只画受力，不画施力，故常称受力分析图。

通論與繪製方式
隔離體圖是一種用箭頭表示物體受力大小及方向的圖像表示法，物理學家及工程師常以此來分析物體的受力。隔離體圖可以方便了解物體所受的力或力矩之間的關係，也有助於求解物體運動方程中待解的力。在研究如樑內彎矩及剪力等的內部力時，也常用隔離體圖來說明其概念。

隔離體圖的特點是圖中只有一個物體，其他周圍的物體均不繪出，只用箭頭表示周圍物體的施力。

隔離體圖主要包括物體的形狀及表示受力的箭頭。在問題求解的過程中，重要的是需先選擇隔離體圖物體的形狀。例如在求解鉗子车轴关节的受力時，繪製隔離體圖時可以只畫鉗子的一隻金屬槓桿，另外一隻金屬槓桿則可以用其對前者的施力來代替。

隔離體圖也可反映出為在分析系統時進行的假設及簡化，例如要分析軌道上的人造衛星，而且只需求其速度，此時就可以用一個點來表示人造衛星。而當要分析機車的剎車碟時，不可能將剎車碟用一個點來表示，此時就需要繪製剎車碟的簡圖。

需小心的處理表示受力箭頭的位置及其標示，例如處理斜面上長方體的受力時，需在分析其運動或是假設力平衡時才能找出正確正向力的位置。

其他常見的簡化假設包括二力構件（two-force member）的二個力為大小相等，方向相反，且作用在通過構件中心的一直線上。三力構件（three-force member）的三個力會共點。

需要有的內容
隔離體圖不一定要繪出物體的外形，只有在外形有助於分析其受力時，才有需要繪出物體外形。有些情形時，可以將物體以一點來表示簡單分析。但若需要考慮物體的旋轉及其轉矩，則需要將其外形繪出。

隔離體圖中只需考慮作用在該物體上的力，可能包括摩擦力、重力、正向力、阻力、張力或是推力或拉力。若是在非慣性參考系，可能需要考慮慣性力，例如在旋轉參考系中的離心力。

隔離體圖一般會標示使用的坐標系，在列出其運動方程式時也比較方便。例如在考慮斜面上長方塊的問題時，會將x軸選定為延斜面往下的方向，y軸選定為和斜面垂直的方向，因此摩擦力只有x分量，而正向力只有y分量，而重力同時有x分量及y分量，分別為 mg\sin\theta 及 mg\cos\theta，其中 \theta 為斜面和水平面之間的夾角。

舉例
以一個位於斜面上的長方體來說明隔離體圖。

• 將所有外部的支撐及結構變成外力，此例中的外力包括：

:* mg：是長方體質量及重力加速度的乘積，也就是其重量。
:* N：斜面上的正向力。
:* F_f：斜面上的摩擦力。

• 外力向量均有標示方向及作用點，旁邊也會標示其大小。
• 其中也包括坐標系統，以便於描述外力。

參見
*經典力學

參考