Freischneiden

In der technischen Mechanik versteht man unter Freischneiden die operationalisierte Vorgehensweise, um aus einer gegebenen Problemstellung heraus alle auf die einzelnen Körper einwirkenden Kräfte und Drehmomente zu finden und graphisch darzustellen. Das in Einzelkörper zerlegte und mit Kräften und Drehmomenten versehene System nennt man dann das Schnittbild (engl. free body diagram) der Problemstellung.

Kräfte und Drehmomente

Jeder Körper kann Impuls und Drehmimpuls über die Oberfläche (leitungsartig) oder über das Volumen (quellenartig) mit der Umgebung austauschen. Die Stärken der leitungsartigen Impulsströme nennt man Oberflächenkräfte, die Stärken der Impulsquellen nennt man Gewichtskraft oder elektromagnetische Kraf. Beim Drehimpuls ist die Unterscheidung etwas weniger eindeutig, weil der Drehimpulsstrom im Gegensatz zum Impulsstrom nicht lokalisierbar ist. Dennoch darf man bezüglich einzelner Bauteile zwischen Drehimpulsstrom und Drehimpulsquelle unterscheiden: Drehimpulsströme verdrehen oder biegen ein Bauteil, Drehimpulsquellen entstehen immer dann, wenn ein Impulsstrom quer zu seiner Bezugsrichtung fliesst.

Lässt man das elektromagnetische Feld weg, muss nur die Wirkung des Gravitationsfeldes einbezogen werden. Zwischen den Begriffen der Physik der dynamischen Systeme und der Begriffswelt der technischen Mechanik gilt folgende Zuordnung:

SystemPhysik	technische Mechanik	Einheit
Impulsstromstärke	Kraft	N
Impulsquellenstärke	Gewichtskraft	N
Drehimpulsstromstärke	Drehmoment	Nm
Drehimpulsquellenstärke	Drehmoment eines Kräftepaares	Nm

Schnittverfahren

Aus der systemdynamischer Sicht ist Freischneiden eine ganz natürliche Tätigkeit

1. Körper auswählen und gegen die Umgebung abgrenzen (Bilanzgebiet für Impuls und Drehimpuls festlegen)
2. Die Gewichtskraft mit einem im Massenmittelpunkt angreifenden und nach unten gerichteten Pfeil markieren (die Wirkung des Graviationsfeldes bezüglich Translation und Rotation kann durch eine punktförmige Impulsquelle im Massenmittelpunkt ersetzt werden)
3. An jeder Berührfläche (Schnittfläche) einen Kraft- und einen Drehmomentpfeil einzeichnen (die Stärken der durch diese Fläche durchtretenden Impuls- und Drehimpulsströme mit einem Pfeil markieren)
4. Kraft- und Drehmomentpfeile in Normal- und Tangentialkomponenten zerlegen (die Stärken der Impuls- und Drehimpulsströme bezüglich lokalen Koordinaten beschreiben
5. Durch Gelenke und angrenzende Bauteile (Seile, Pendelstützen) verursachte Einschränkungen bezüglich Kräfte und Drehmomente berücksichtigen (Gelenke und Bauteile lassen oft nur gewisse Komponenten des Impulses und des Drehimpulses durch)

Die durch Kräfte und Kräftepaare verursachten Drehmomente, die Drehimpulsquellen, werden erst bei der eigentlichen Formulierung der Bewegungsgesetze berücksichtigt.

Einmassenschwinger

Skizze eines Einmassenschwingers mit Schnittbild des schwingenden Körpers. Bei diesem Beispiel könnte man auf das Schnittbild verzichten und die ganze Dynamik in der Sprache der Physik der dynamischen System formulieren.

Balken

Kräfte