Toute la physique se préoccupe de décrire comment les objets se déplacent et comment certaines quantités qu'ils possèdent (par exemple, l'énergie, la quantité de mouvement) sont échangées entre elles et avec l'environnement. Peut-être que la quantité la plus fondamentale régissant le mouvement est la force, qui est décrite par les lois de Newton.
Lorsque vous envisagez des forces, vous imaginez probablement des objets poussés ou tirés en ligne droite. En fait, là où vous êtes d'abord exposé au concept de force dans un cours de sciences physiques, c'est le genre de scénario qui vous est présenté car c'est le plus simple.
Mais les lois physiques régissant le mouvement de rotation incluent un tout autre ensemble de variables et d'équations, même si les principes sous-jacents sont les mêmes. L'une de ces quantités spéciales estcouple, qui agit souvent pour faire tourner les arbres dans les machines.
Qu'est-ce que la Force ?
Une force, en termes simples, est une poussée ou une traction. Si l'effet net de toutes les forces agissant sur un objet n'est pas annulé, alors cette force nette fera accélérer l'objet ou modifiera sa vitesse.
Contrairement peut-être à votre propre intuition ainsi qu'aux idées des anciens Grecs, la force n'est pas nécessaire pour déplacer un objet à vitesse constante, car l'accélération est définie comme le taux de changement de rapidité.
Siune= 0, changement dev= 0 et aucune force n'est nécessaire pour que l'objet continue de bouger, à condition qu'aucune autre force (y compris la traînée d'air ou la friction) n'agisse sur lui.
Dans un système fermé, si la somme de toutes les forces présentes est nulleetla somme de tous les couples présents est également nulle, le système est considéré comme étant enéquilibre, car rien ne l'oblige à modifier sa motion.
Couple expliqué
La contrepartie rotationnelle de la force en physique est le couple, représenté parT.
Le couple est un élément essentiel de pratiquement tous les types d'applications d'ingénierie imaginables; chaque machine qui comprend un arbre rotatif comprend un composant de couple, qui représente la quasi-totalité du monde des transports, ainsi que les équipements agricoles et bien plus encore dans le monde industriel.
La formule générale du couple est donnée par
T = F × r × \sin θ
OùFest la force appliquée à un bras de levier de longueurrà un angleθ. Puisque sin 0° = 0 et sin 90° = 1, vous pouvez voir que le couple est maximisé lorsque la force est appliquée perpendiculairement au levier. Lorsque vous pensez à toute expérience avec de longues clés que vous avez pu avoir, cela a probablement un sens intuitif.
- Le couple a les mêmes unités que l'énergie (le Newton-mètre), mais dans le cas du couple, c'estjamaisappelé « Joules ». Et contrairement à l'énergie, le couple est une quantité vectorielle.
Formule de couple d'arbre
Pour calculer le couple d'arbre - par exemple, si vous recherchez une formule de couple d'arbre à cames - vous devez d'abord spécifier le type d'arbre dont vous parlez.
En effet, les arbres qui, par exemple, sont évidés et contiennent toute leur masse dans un anneau cylindrique se comportent différemment des arbres pleins de même diamètre.
Pour la torsion sur les arbres creux ou pleins, une quantité appeléecontrainte de cisaillement,représenté parτ(la lettre grecque tau), entre en jeu. Égalementmoment d'inertie polaire d'une zone, J, une quantité assez semblable à la masse dans les problèmes de rotation, entre dans le mélange et est spécifique à la configuration de l'arbre.
La formule générale du couple sur un arbre est :
T = × \frac{J}{r}
oùrest la longueur et la direction du bras de levier. Pour un arbre plein,Ja la valeur de (π/2)r4.
Pour un arbre évidé,Jà la place est (2)/2)(ro4 – rje4), oùro et ro sont les rayons extérieur et intérieur de l'arbre (la partie pleine extérieure au cylindre vide).