Obsah
- Všeobecná fyzika krútiaceho momentu
- Slovník pre fyziku krútiaceho momentu
- Príklad výpočtu krútiaceho momentu
Predstavte si toto: Musíte odskrutkovať skrutku z drevenej dosky. Nájdite kľúč správnej veľkosti a pripevnite ho k skrutke. Aby ste mohli kľúč uvoľniť, musíte držať rukoväť a ťahať alebo tlačiť v smere, ktorý je kolmý na rukoväť kľúča. Zatlačením v smere kľúča nebude na skrutku pôsobiť krútiaci moment a neuvoľní sa.
Krútiaci moment je vplyv, ktorý sa počíta zo síl, ktoré ovplyvňujú rotačný pohyb alebo spôsobujú rotáciu okolo osi.
Všeobecná fyzika krútiaceho momentu
Vzorec na určenie krútiaceho momentu, τ je τ = r × F, kde r je rameno páky a F je sila. Majte na pamäti, r, τa F sú všetky kvantity vektorov, takže operácia nie je skalárne násobenie, ale vektorový krížový produkt. Ak je uhol, θ, medzi pákovým ramenom a silou je známa sila, potom je možné vypočítať veľkosť krútiaceho momentu ako τ = r F sin (θ).
Štandardná alebo SI krútiaca jednotka je Newton meter alebo Nm.
Čistý krútiaci moment znamená výpočet výsledného krútiaceho momentu z n rôzne prispievajúce sily. teda:
Sigma ^ n_i vec { tau} = Sigma ^ n_i r_i F_i sin ( theta)Rovnako ako v kinematike, ak je súčet krútiacich momentov 0, potom je objekt v rotačnej rovnováhe, čo znamená, že sa nezrýchľuje ani nezpomaluje.
Slovník pre fyziku krútiaceho momentu
Momentová rovnica je zabalená s dôležitými informáciami o tom, ako sa vytvára krútiaci moment a ako sa vypočíta čistý krútiaci moment. Pochopenie výrazov v rovnici vám pomôže dokončiť všeobecný výpočet čistého krútiaceho momentu.
Najskôr je os otáčania bod, okolo ktorého dôjde k otáčaniu. Ako príklad krútiaceho momentu kľúča sa os otáčania pohybovala cez stred závory, pretože kľúč sa bude otáčať okolo závory. V prípade píly je os otáčania uprostred lavice, na ktorej je umiestnená stredová píla, a deti na koncoch píly používajú krútiaci moment.
Ďalej sa vzdialenosť medzi osou otáčania a aplikovanou silou nazýva rameno páky. Určenie ramena páky môže byť zložité, pretože ide o vektorové množstvo, takže existuje potenciálne veľa možných pákových ramien, ale iba jedno správne.
Nakoniec je čiara účinku imaginárna čiara, ktorá sa môže rozšíriť z pôsobiacej sily, aby sa určilo rameno páky.
Príklad výpočtu krútiaceho momentu
Najlepším spôsobom, ako začať väčšinu problémov s fyzikou, je nakresliť si situáciu. Niekedy je tento obrázok opísaný ako schéma voľného telesa (FBD), kde je nakreslený objekt, na ktorý pôsobia sily, a sily sú nakreslené ako šípky s vyznačeným smerom a veľkosťou. Ďalšími dôležitými informáciami, ktoré sa dajú pridať do vášho FBD, sú súradnicové osi a os otáčania.
Pre riešenie čistého krútiaceho momentu je dôležitý presný diagram voľného telesa.
Krok 1: Nakreslite FBD a zahrňte súradnicové osi. Označte os rotácie.
Krok 2: Nakreslite všetky sily, ktoré pôsobia na telo, pomocou uvedených informácií, aby ste presne umiestnili sily vzhľadom na os otáčania.
Krok 3: Na určenie ramena páky (čo je pravdepodobne dané pri probléme), predĺžte čiaru pôsobenia zo sily tak, aby sa rameno páky mohlo natiahnuť cez os otáčania a kolmo na silu.
Krok 4: Informácie z problému môžu poskytnúť informácie o uhle medzi ramenom páky a silou, takže je možné vypočítať príspevok k krútiacemu momentu: τja = rja Fja sin (θja).
Krok 5: Sčítajte každý príspevok od každej z N síl, aby ste stanovili čistý krútiaci moment.