Φανταστείτε αυτό: Πρέπει να ξεβιδώσετε ένα μπουλόνι από μια ξύλινη σανίδα. Βρείτε το κλειδί σωστού μεγέθους και ασφαλίζετε το μπουλόνι Για να αρχίσετε να χαλαρώνετε το κλειδί, πρέπει να κρατήσετε τη λαβή και να τραβήξετε ή να σπρώξετε προς μια κατεύθυνση κάθετη προς τη λαβή του κλειδιού. Το σπρώξιμο κατά την κατεύθυνση του κλειδιού δεν θα ασκήσει ροπή στο μπουλόνι και δεν θα χαλαρώσει.
Η ροπή είναι η επιρροή που υπολογίζεται από δυνάμεις που επηρεάζουν την περιστροφική κίνηση ή προκαλούν περιστροφή γύρω από έναν άξονα.
Γενική φυσική ροπής
Ο τύπος για τον προσδιορισμό της ροπής,τείναι
\ tau = r \ φορές F
όπουρείναι ο βραχίονας μοχλού καιφάείναι η δύναμη. Θυμάμαι,ρ, τ, καιφάείναι όλες οι ποσότητες φορέα, επομένως η λειτουργία δεν είναι κλιμακωτός πολλαπλασιασμός, αλλά ένα διασταυρούμενο προϊόν φορέα. Εάν η γωνία,θ, μεταξύ του βραχίονα και της δύναμης του μοχλού είναι γνωστή, τότε το μέγεθος της ροπής μπορεί να υπολογιστεί ως
\ tau = rF \ sin {\ theta}
Η τυπική μονάδα ροπής ή SI είναι Newton μέτρα ή Nm.
Καθαρή ροπή σημαίνει τον υπολογισμό της προκύπτουσας ροπής απόνδιαφορετικές δυνάμεις που συμβάλλουν. Ετσι:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
Ακριβώς όπως στην κινηματική, εάν το άθροισμα των ροπών είναι 0, τότε το αντικείμενο βρίσκεται σε περιστροφική ισορροπία, που σημαίνει ότι δεν επιταχύνεται ούτε επιβραδύνεται.
Το λεξιλόγιο για τη φυσική ροπής
Η εξίσωση ροπής είναι γεμάτη με σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο δημιουργίας ροπής και τον τρόπο υπολογισμού μιας καθαρής ροπής. Η κατανόηση των όρων στην εξίσωση θα σας βοηθήσει να ολοκληρώσετε έναν γενικό υπολογισμό καθαρής ροπής.
Πρώτον, ο άξονας περιστροφής είναι το σημείο στο οποίο θα πραγματοποιηθεί η περιστροφή. Για το παράδειγμα ροπής κλειδιού, ο άξονας περιστροφής βρισκόταν στο κέντρο του μπουλονιού, καθώς το κλειδί θα περιστραφεί γύρω από το μπουλόνι. Για ένα πριόνι, ο άξονας περιστροφής είναι η μέση του πάγκου, όπου τοποθετείται το υπομόχλιο, και τα παιδιά στα άκρα του πριονιού εφαρμόζουν τη ροπή.
Στη συνέχεια, η απόσταση μεταξύ του άξονα περιστροφής και της εφαρμοζόμενης δύναμης ονομάζεται βραχίονας μοχλού. Ο προσδιορισμός του βραχίονα μοχλού μπορεί να είναι δύσκολος επειδή είναι μια ποσότητα φορέα, επομένως υπάρχουν δυνητικά πολλοί πιθανοί βραχίονες μοχλού, αλλά μόνο ένας σωστός.
Τέλος, η γραμμή δράσης είναι μια φανταστική γραμμή που μπορεί να επεκταθεί από την εφαρμοζόμενη δύναμη προκειμένου να προσδιοριστεί ο βραχίονας του μοχλού.
Παράδειγμα Υπολογισμός ροπής
Ο καλύτερος τρόπος για να ξεκινήσετε τα περισσότερα προβλήματα φυσικής είναι να σχεδιάσετε μια εικόνα της κατάστασης. Μερικές φορές αυτή η εικόνα περιγράφεται ως διάγραμμα ελεύθερου σώματος (FBD), όπου το αντικείμενο πάνω στο οποίο Οι δυνάμεις ενεργούν τραβιέται και οι δυνάμεις τραβιούνται ως βέλη με την κατεύθυνση και το μέγεθός τους με την ένδειξη. Άλλες σημαντικές πληροφορίες που πρέπει να προσθέσετε στο FBD σας είναι οι άξονες συντεταγμένων και ο άξονας περιστροφής.
Για την επίλυση της καθαρής ροπής, ένα ακριβές διάγραμμα ελεύθερου αμαξώματος είναι κρίσιμο.
Βήμα 1: Σχεδιάστε το FBD και συμπεριλάβετε άξονες συντεταγμένων. Επισημάνετε τον άξονα περιστροφής.
Βήμα 2: Σχεδιάστε όλες τις δυνάμεις που δρουν στο σώμα, χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες που δίνονται για να τοποθετήσετε με ακρίβεια τις δυνάμεις σε σχέση με τον άξονα περιστροφής.
Βήμα 3: Για να προσδιορίσετε το βραχίονα μοχλού (που πιθανότατα δίνεται στο πρόβλημα), επεκτείνετε τη γραμμή δράσης από τη δύναμη, έτσι ώστε ο βραχίονας του μοχλού να μπορεί να τραβιέται μέσω του άξονα περιστροφής και κάθετα προς το δύναμη.
Βήμα 4: Οι πληροφορίες από το πρόβλημα ενδέχεται να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη γωνία μεταξύ του βραχίονα του μοχλού και της δύναμης, έτσι ώστε να μπορεί να υπολογιστεί η συμβολή στη ροπή:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Βήμα 5: Προσθέστε κάθε συνεισφορά από καθεμία από τις δυνάμεις Ν, για να προσδιορίσετε την καθαρή ροπή.
