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114年
工程力學概要
第 31 題
分析力學問題時會使用到自由體圖，下列有關自由體圖之敘述，何者有誤？
- A 外力會因截取方式不同而方向不同
- B 自由體截出部分應處於力平衡狀態
- C 自由體截斷處可能有內力作用於各部分
- D 截取自由體方式有無限多種
思路引導 VIP
想像一下，當你站在體重計上時，地球對你的吸引力（重力）是向下的。如果你現在閉上眼睛，只去思考你的上半身受力情況，而不去想全身，請問地球對你上半身的吸引力方向，會因為你「思考範圍」的改變而突然變成向上或向側面嗎？
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AI 詳解
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恭喜你準確地辨識出選項 (A) 的錯誤！這說明你對工程力學中最基礎也最重要的工具——自由體圖 (Free Body Diagram) 已建立了正確且清晰的物理直覺。你能從眾多敘述中一眼看出關於「外力」屬性的誤導，代表你在受力分析的邏輯上相當紮實。
外力與系統邊界的關係
在力學分析中，外力（例如重力 $\vec{W}$ 或已知的施加載荷）是由外部環境決定的物理事實，其大小與方向是客觀存在的，並不會因為我們選擇如何截取局部系統而改變。選項 (B)、(C)、(D) 則精確描述了自由體圖的彈性：我們可以根據需求在任何位置「虛擬切割」，將原本內部的交互作用力轉換為作用在截面上的平衡力。這題的鑑別度在於測試學生是否混淆了「外力」與「因切割而顯現的內力」，後者確實會隨截取範圍不同而改變正負號（作用力與反作用力），但純粹的外力始終保持不變。
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