Imaginez ceci: vous devez dévisser un boulon d'une planche de bois. Vous trouvez la clé correctement dimensionnée et la fixez au boulon. Pour commencer à desserrer la clé, vous devez tenir la poignée et tirer ou pousser dans une direction perpendiculaire à la poignée de la clé. Pousser dans le sens de la clé n'appliquera pas de couple au boulon et il ne se desserrera pas.
Le couple est l'influence qui est calculée à partir des forces qui effectuent un mouvement de rotation ou provoquent une rotation autour d'un axe.
Physique générale du couple
La formule pour déterminer le couple,τest
\tau = r\fois F
oùrest le bras de levier etFest la force. Rappelles toi,r, τ, etFsont toutes des quantités vectorielles, donc l'opération n'est pas une multiplication scalaire, mais un produit vectoriel vectoriel. Si l'angle,θ, entre le bras de levier et la force est connue, alors l'amplitude du couple peut être calculée comme
\tau = rF\sin{\theta}
L'unité de couple standard ou SI est le Newton mètres, ou Nm.
Le couple net signifie calculer le couple résultant à partir demdifférentes forces contributives. Ainsi:
\Sigma^n_i \vec{\tau} = \Sigma^n_i r_i F_i sin(\theta)
Tout comme en cinématique, si la somme des couples est 0, alors l'objet est en équilibre de rotation, c'est-à-dire qu'il n'accélère ni ne décélère.
Le vocabulaire de la physique des couples
L'équation du couple regorge d'informations importantes sur la façon dont le couple est généré et sur la façon de calculer un couple net. Comprendre les termes de l'équation vous aidera à effectuer un calcul général du couple net.
Premièrement, l'axe de rotation est le point autour duquel la rotation se produira. Pour l'exemple de couple de clé, l'axe de rotation passait par le centre du boulon, puisque la clé tournera autour du boulon. Pour une balançoire, l'axe de rotation est le milieu du banc, où le point d'appui est placé, et les enfants aux extrémités de la balançoire appliquent le couple.
Ensuite, la distance entre l'axe de rotation et la force appliquée est appelée le bras de levier. Déterminer le bras de levier peut être délicat car il s'agit d'une quantité vectorielle, il y a donc potentiellement plusieurs bras de levier possibles, mais un seul correct.
Enfin, la ligne d'action est une ligne imaginaire qui peut être prolongée à partir de la force appliquée afin de déterminer le bras de levier.
Exemple de calcul de couple
La meilleure façon de commencer la plupart des problèmes de physique est de faire un dessin de la situation. Parfois, cette image est décrite comme un diagramme de corps libre (FBD), où l'objet sur lequel le les forces agissent est dessinée, et les forces sont dessinées sous forme de flèches avec leur direction et leur amplitude étiqueté. D'autres informations importantes à ajouter à votre FBD sont les axes de coordonnées et l'axe de rotation.
Pour résoudre le couple net, un diagramme de corps libre précis est essentiel.
Étape 1: Dessinez le FBD et incluez des axes de coordonnées. Étiquetez l'axe de rotation.
Étape 2: Dessinez toutes les forces qui agissent sur le corps, en utilisant les informations fournies pour placer avec précision les forces par rapport à l'axe de rotation.
Étape 3: Pour déterminer le bras de levier (qui est probablement donné dans le problème), étendez la ligne d'action de la force, de telle sorte que le bras de levier puisse être tiré à travers l'axe de rotation et perpendiculairement à la Obliger.
Étape 4: Les informations du problème peuvent donner des informations sur l'angle entre le bras de levier et la force, de sorte que la contribution au couple peut être calculée :
\tau_i=r_iF_i\sin{\theta_i}
Étape 5: Additionnez chaque contribution de chacune des N forces pour déterminer le couple net.
