تخيل هذا: تحتاج إلى فك مسمار من لوح خشبي. يمكنك العثور على مفتاح الربط ذي الحجم الصحيح وتثبيته في البرغي. من أجل البدء في فك مفتاح الربط ، تحتاج إلى إمساك المقبض وسحبه أو دفعه في اتجاه عمودي على مقبض مفتاح الربط. لن يؤدي الضغط على طول اتجاه مفتاح الربط إلى تطبيق عزم دوران على البرغي ، ولن يتم فكه.
عزم الدوران هو التأثير الذي يتم حسابه من القوى التي تؤثر على حركة الدوران ، أو تسبب الدوران حول محور.
فيزياء عزم الدوران العامة
صيغة تحديد عزم الدوران ،τهو
\ tau = r \ مرات F
أينصهي ذراع الرافعة وFهي القوة. تذكر،ص, τ، وFكلها كميات متجهة ، وبالتالي فإن العملية ليست ضربًا عدديًا ، بل منتجًا متجهيًا متجهًا. إذا كانت الزاوية ،θ، بين ذراع الرافعة والقوة معروفة ، ثم يمكن حساب حجم عزم الدوران كـ
\ tau = rF \ الخطيئة {\ ثيتا}
وحدة عزم الدوران القياسية أو SI هي نيوتن متر ، أو نيوتن متر.
صافي عزم الدوران يعني حساب عزم الدوران الناتج مننمختلف القوى المساهمة. هكذا:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
تمامًا كما هو الحال في علم الحركة ، إذا كان مجموع عزم الدوران هو 0 ، فإن الكائن في حالة توازن دوران ، مما يعني أنه لا يتسارع ولا يتباطأ.
مفردات فيزياء عزم الدوران
معادلة عزم الدوران مليئة بمعلومات مهمة حول كيفية توليد عزم الدوران ، وكيفية حساب عزم الدوران الصافي. سيساعدك فهم المصطلحات الواردة في المعادلة على إكمال حساب صافي عزم الدوران العام.
أولاً ، محور الدوران هو النقطة التي سيحدث حولها الدوران. بالنسبة لمثال عزم مفتاح الربط ، كان محور الدوران يمر عبر مركز البرغي ، حيث سيدور مفتاح الربط حول البرغي. بالنسبة إلى أرجوحة ، يكون محور الدوران هو منتصف المقعد ، حيث يتم وضع نقطة الارتكاز ، ويقوم الأطفال في نهايات الأرجوحة بتطبيق عزم الدوران.
بعد ذلك ، تسمى المسافة بين محور الدوران والقوة المطبقة ذراع الرافعة. يمكن أن يكون تحديد ذراع الرافعة أمرًا صعبًا لأنه كمية متجهة ، وبالتالي هناك العديد من أذرع الرافعة المحتملة ، ولكن هناك ذراع واحد صحيح فقط.
أخيرًا ، خط العمل هو خط وهمي يمكن تمديده من القوة المطبقة من أجل تحديد ذراع الرافعة.
مثال لحساب عزم الدوران
أفضل طريقة لبدء معظم مشاكل الفيزياء هي رسم صورة للموقف. في بعض الأحيان توصف تلك الصورة بأنها مخطط جسم حر (FBD) ، حيث يكون الكائن الذي تم يتم رسم القوى المؤثرة ، والقوى مرسومة على شكل أسهم مع اتجاهها وحجمها المسمى. المعلومات الهامة الأخرى التي يجب إضافتها إلى FBD الخاص بك هي محاور الإحداثيات ومحور الدوران.
لحل صافي عزم الدوران ، من الأهمية بمكان رسم تخطيطي دقيق للجسم الحر.
الخطوة 1: ارسم FBD وقم بتضمين محاور إحداثيات. قم بتسمية محور الدوران.
الخطوة 2: ارسم جميع القوى المؤثرة على الجسم ، باستخدام المعلومات المعطاة لوضع القوى بدقة بالنسبة لمحور الدوران.
الخطوة 3: لتحديد ذراع الرافعة (والتي من المحتمل أن تكون معطاة في المشكلة) ، قم بتمديد خط العمل من القوة ، بحيث يمكن سحب ذراع الرافعة من خلال محور الدوران وعمودي على فرض.
الخطوة 4: قد تعطي المعلومات من المشكلة معلومات حول الزاوية بين ذراع الرافعة والقوة ، بحيث يمكن حساب المساهمة في عزم الدوران:
\ tau_i = r_iF_i \ الخطيئة {\ theta_i}
الخطوة 5: اجمع كل مساهمة من كل من القوى N لتحديد عزم الدوران الصافي.