Cómo calcular el par en un eje

Toda la física se ocupa de describir cómo se mueven los objetos y cómo ciertas cantidades que poseen (por ejemplo, energía, momento) se intercambian entre sí y con el medio ambiente. Quizás la cantidad más fundamental que gobierna el movimiento es la fuerza, que se describe en las leyes de Newton.

Cuando imagina fuerzas, probablemente imagina objetos empujados o tirados en línea recta. De hecho, cuando se le expone por primera vez al concepto de fuerza en un curso de ciencias físicas, este es el tipo de escenario que se le presenta porque es el más simple.

Pero las leyes físicas que gobiernan el movimiento de rotación incluyen un conjunto completamente diferente de variables y ecuaciones, incluso si los principios subyacentes son los mismos. Una de estas cantidades especiales esesfuerzo de torsión, que a menudo actúa para rotar ejes en máquinas.

Una fuerza, en pocas palabras, es un empujón o un tirón. Si el efecto neto de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto no se cancela, entonces esa fuerza neta hará que el objeto se acelere o cambie su velocidad.

Contrariamente, tal vez, a su propia intuición, así como a las ideas de los antiguos griegos, la fuerza no es necesario para mover un objeto a velocidad constante, ya que la aceleración se define como la tasa de cambio de velocidad.

Sia= 0, cambio env= 0 y no se necesita fuerza para que el objeto se mantenga en movimiento, siempre que no actúen sobre él otras fuerzas (incluyendo el arrastre de aire o la fricción).

En un sistema cerrado, si la suma de todas las fuerzas presentes es ceroyla suma de todos los pares presentes también es cero, se considera que el sistema está enequilibrio, ya que nada lo obliga a cambiar su movimiento.

La contraparte rotacional de la fuerza en física es el torque, representado por​T​​.

El torque es un componente crítico de prácticamente todo tipo de aplicaciones de ingeniería imaginables; cada máquina que incluye un eje giratorio incluye un componente de torque, que representa casi todo el mundo del transporte, junto con equipos agrícolas y mucho más en el mundo industrial.

La fórmula general para el torque viene dada por

DóndeFes la fuerza aplicada a un brazo de palanca de longitudren un anguloθ. Dado que sen 0 ° = 0 y sen 90 ° = 1, puede ver que el par se maximiza cuando la fuerza se aplica perpendicularmente a la palanca. Cuando piensa en cualquier experiencia que haya tenido con llaves inglesas largas, probablemente tenga sentido intuitivo.

• El par tiene las mismas unidades que la energía (el Newton-metro), pero en el caso del par, esto esNuncareferido como "Julios". Y a diferencia de la energía, el par es una cantidad vectorial.

Para calcular el par del eje, por ejemplo, si está buscando una fórmula de par del árbol de levas, primero debe especificar el tipo de eje del que está hablando.

Esto se debe a que los ejes que, por ejemplo, están ahuecados y contienen toda su masa en un anillo cilíndrico se comportan de forma diferente a los ejes macizos del mismo diámetro.

Para torsión en ejes huecos o macizos, una cantidad denominadaEsfuerzo cortante,representado porτ(la letra griega tau), entra en juego. También elmomento polar de inercia de un área​, ​J, una cantidad similar a la masa en los problemas de rotación, ingresa a la mezcla y es específica para la configuración del eje.

La fórmula general para el torque en un eje es:

dónderes la longitud y la dirección del brazo de palanca. Para un eje macizo,Jtiene el valor de (π / 2)r​⁴.

Para un eje ahuecado,Jen su lugar es (π / 2) (r​_o⁴ – ​r​_I⁴), dónder​_{o y} ​r​_o son los radios exterior e interior del eje (la parte sólida exterior al cilindro vacío).