Imagínese esto: debe desenroscar un perno de una tabla de madera. Encuentre la llave del tamaño correcto y fíjela al perno. Para comenzar a aflojar la llave, debe sujetar el mango y tirar o empujar en una dirección que sea perpendicular al mango de la llave. Empujar en la dirección de la llave no aplicará un par al perno y no se aflojará.
El par es la influencia que se calcula a partir de las fuerzas que efectúan el movimiento de rotación o causan la rotación alrededor de un eje.
Física general del par
La fórmula para determinar el par,τes
\ tau = r \ veces F
dónderes el brazo de palanca yFes la fuerza. Recuerda,r, τ, yFson todas cantidades vectoriales, por lo que la operación no es una multiplicación escalar, sino un producto vectorial cruzado. Si el ángulo,θ, entre el brazo de palanca y se conoce la fuerza, entonces la magnitud del par se puede calcular como
\ tau = rF \ sin {\ theta}
La unidad de par estándar o SI es Newton metros o Nm.
Par neto significa calcular el par resultante denortediferentes fuerzas contribuyentes. Por lo tanto:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
Al igual que en la cinemática, si la suma de los pares es 0, entonces el objeto está en equilibrio rotacional, lo que significa que no está acelerando ni desacelerando.
El vocabulario de la física del par
La ecuación de par está repleta de información importante sobre cómo se genera el par y cómo calcular un par neto. Comprender los términos de la ecuación lo ayudará a completar un cálculo general de par neto.
Primero, el eje de rotación es el punto alrededor del cual ocurrirá la rotación. En el ejemplo de la llave de torsión, el eje de rotación pasaba por el centro del perno, ya que la llave girará alrededor del perno. Para un balancín, el eje de rotación es el medio del banco, donde se coloca el fulcro, y los niños en los extremos del balancín están aplicando el torque.
A continuación, la distancia entre el eje de rotación y la fuerza aplicada se denomina brazo de palanca. Determinar el brazo de palanca puede ser complicado porque es una cantidad vectorial, por lo que hay potencialmente muchos brazos de palanca posibles, pero solo uno correcto.
Por último, la línea de acción es una línea imaginaria que se puede extender a partir de la fuerza aplicada para determinar el brazo de palanca.
Ejemplo de cálculo de par
La mejor manera de comenzar la mayoría de los problemas de física es hacer un dibujo de la situación. A veces, esa imagen se describe como un diagrama de cuerpo libre (DCL), donde el objeto sobre el que las fuerzas que están actuando se dibuja, y las fuerzas se dibujan como flechas con su dirección y magnitud etiquetado. Otra información importante para agregar a su FUP son los ejes de coordenadas y el eje de rotación.
Para resolver el par neto, es fundamental contar con un diagrama de cuerpo libre preciso.
Paso 1: Dibuja el FUP e incluye ejes de coordenadas. Rotula el eje de rotación.
Paso 2: Dibuje todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, utilizando la información proporcionada para ubicar con precisión las fuerzas en relación con el eje de rotación.
Paso 3: para determinar el brazo de palanca (que probablemente se indica en el problema), extienda la línea de acción desde la fuerza, de manera que el brazo de palanca pueda pasar a través del eje de rotación y perpendicular al fuerza.
Paso 4: La información del problema puede proporcionar información sobre el ángulo entre el brazo de palanca y la fuerza, de modo que se pueda calcular la contribución al par:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Paso 5: Sume cada contribución de cada una de las N fuerzas para determinar el par neto.