Η ροπή είναι μια δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο. Αυτή η δύναμη τείνει να κάνει το αντικείμενο να αλλάξει την ταχύτητα περιστροφής του. Ένα αυτοκίνητο βασίζεται στη ροπή για να σταματήσει. Τα τακάκια φρένων ασκούν μια τριβή στους τροχούς, η οποία δημιουργεί μια ροπή στον κύριο άξονα. Αυτή η δύναμη εμποδίζει την τρέχουσα κατεύθυνση περιστροφής του άξονα, σταματώντας έτσι την κίνηση του αυτοκινήτου προς τα εμπρός.
Σχεδιάστε ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος. Ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος απομονώνει ένα αντικείμενο και αντικαθιστά όλα τα εξωτερικά αντικείμενα με διανυσματικές ή στρεπτικές δυνάμεις. Αυτό σας επιτρέπει να αθροίσετε τις δυνάμεις και να προσδιορίσετε την καθαρή δύναμη και ροπή που ενεργεί σε ένα αντικείμενο.
Δείξτε όλες τις δυνάμεις που ενεργούν στο όχημα καθώς ο οδηγός αρχίζει να φρενάρει. Υπάρχει η προς τα κάτω δύναμη βαρύτητας, και υπάρχει επίσης η ανοδική δύναμη που ασκείται από το δρόμο. Αυτές οι δύο δυνάμεις είναι ίσες και αντίθετες, έτσι ακυρώνουν η μία την άλλη. Η εναπομένουσα δύναμη είναι η δύναμη τριβής που ασκείται από το δρόμο, η οποία δρα οριζόντια προς την αντίθετη κατεύθυνση της κίνησης του οχήματος. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι αναλύετε ένα Jeep 2.000 κιλών που μόλις άρχισε να φρενάρει. Το διάγραμμα σας θα δείχνει δύο ίσες και αντίθετες κατακόρυφες δυνάμεις των 19.620 Newtons, οι οποίες αθροίζονται στο μηδέν, και κάποια μη καθορισμένη οριζόντια δύναμη.
Προσδιορίστε την οριζόντια δύναμη του δρόμου χρησιμοποιώντας τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα - η δύναμη σε ένα αντικείμενο ισούται με τη μάζα του με την επιτάχυνσή του. Πιθανώς είτε γνωρίζετε είτε μπορείτε να λάβετε το βάρος του οχήματος από τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, αλλά θα πρέπει να υπολογίσετε τον ρυθμό επιβράδυνσης. Ένας από τους απλούστερους τρόπους για να γίνει αυτό είναι να υποθέσουμε ένα μέσο ρυθμό επιβράδυνσης από τη στιγμή που τα φρένα εφαρμόζονται για πρώτη φορά, μέχρι το σημείο απελευθέρωσης. Η επιβράδυνση είναι τότε η συνολική αλλαγή στην ταχύτητα διαιρούμενη με το χρόνο που πέρασε κατά τη διαδικασία πέδησης. Εάν το Jeep πήγε από ταχύτητα 20 μέτρων ανά δευτερόλεπτο σε 0 μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε 5 δευτερόλεπτα, έτσι η μέση επιβράδυνση του θα ήταν 4 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο. Η δύναμη που απαιτείται για να προκαλέσει αυτή την επιβράδυνση ισούται με 2.000 kg * 4 m / s / s, που ισούται με 8.000 Newtons.
Υπολογίστε τη ροπή που προκαλεί η δύναμη του δρόμου στον άξονα. Επειδή η ροπή ισούται με τη δύναμη επί την απόσταση από το σημείο περιστροφής, η ροπή ισούται με τη δύναμη του δρόμου επί την ακτίνα του τροχού. Η δύναμη του δρόμου είναι η ίση και αντίθετη στρεπτική αντίδραση που προκαλείται από τα φρένα, οπότε η ροπή πέδησης είναι ίση σε μέγεθος και αντίθετη προς την κατεύθυνση της ροπής που ασκείται από το δρόμο. Εάν ο τροχός του Jeep έχει ακτίνα 0,25 μέτρων, η ροπή πέδησης ισούται με 8.000 N * 0,25 m ή 2.000 Newton-μέτρα.
βιβλιογραφικές αναφορές
- "Κινηματική και δυναμική για μηχανήματα" · Τσαρλς Ε. Wilson και J. Πίτερ Σάντλερ; 2003
Συμβουλές
- Μπορεί να μπερδευτείτε με το γεγονός ότι υπάρχουν πολλαπλοί τροχοί και το όχημα θα κατανείμει ένα συγκεκριμένο βάρος σε κάθε έναν. Ωστόσο, η συνολική ροπή εξακολουθεί να εξαρτάται μόνο από την ποσότητα οριζόντιας δύναμης που απαιτείται για να σταματήσει το όχημα. Αν υπάρχουν μπροστινά και πίσω τακάκια φρένων και θέλετε να μάθετε τη ροπή που ασκείται από κάθε σετ, μπορείτε να εκτιμήσετε ότι κάθε σετ συμβάλλει στο μισό της συνολικής ροπής.
Σχετικά με τον Συγγραφέα
Με έδρα την μητροπολιτική περιοχή του Κλίβελαντ του Οχάιο, ο Brad Painting γράφει για θέματα υγείας, τεχνολογίας και περιβάλλοντος. Η εμπειρία του περιλαμβάνει συγγραφή εκπαιδευτικού υλικού, σχέδια διαχείρισης και διάφορα ανεξάρτητα άρθρα. Η ζωγραφική έλαβε πτυχίο μηχανολογίας από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο και ειδικεύεται στο σχεδιασμό πράσινων κτιρίων.
