Képzelje el ezt: Ki kell csavarni egy csavart egy fa deszkáról. Megtalálja a megfelelő méretű kulcsot, és rögzíti a csavarhoz. A csavarkulcs lazításának megkezdéséhez meg kell tartania a fogantyút, és a csavarkulcs fogantyjára merőleges irányba kell húznia vagy tolnia. A csavarkulcs irányában történő tolás nem okoz nyomatékot a csavarra, és nem lazul meg.
A forgatónyomaték az a hatás, amelyet olyan erőkből számolnak ki, amelyek forgási mozgást gyakorolnak, vagy tengely körüli forgást okoznak.
Általános nyomatékfizika
A nyomaték meghatározásának képlete,τvan
\ tau = r \ -szerese F
holra kar kar ésFaz erő. Emlékezik,r, τ, ésFmind vektormennyiségek, így a művelet nem skaláris szorzás, hanem vektor kereszttermék. Ha a szög,θ, a kar és az erő között ismert, akkor a nyomaték nagysága kiszámítható
\ tau = rF \ sin {\ theta}
A standard vagy SI nyomatékegység Newton méter, vagy Nm.
A nettó nyomaték azt jelenti, hogy a kapott nyomatékot kiszámoljuknkülönböző közreműködő erők. Így:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
Csakúgy, mint a kinematikában, ha a nyomatékok összege 0, akkor az objektum rotációs egyensúlyban van, vagyis nem gyorsul és nem lassul.
A nyomatékfizika szókincse
A nyomatékegyenlet tele van fontos információkkal a nyomaték keletkezésének módjáról és a nettó nyomaték kiszámításáról. Az egyenletben szereplő kifejezések megértése segít elvégezni az általános nettó nyomatékszámítást.
Először is, a forgástengely az a pont, amely körül a forgás bekövetkezik. A csavarkulcs nyomatékának példájánál a forgástengely a csavar közepén volt, mivel a csavarkulcs a csavar körül fog forogni. Egy fűrész esetében a forgástengely a pad közepe, ahol a támaszpontot helyezik el, és a fűrész végén lévő gyerekek alkalmazzák a nyomatékot.
Ezután a forgástengely és az alkalmazott erő közötti távolságot emelőkarnak nevezzük. Az emelőkar meghatározása bonyolult lehet, mert vektormennyiségről van szó, így potenciálisan sok lehetséges kar létezik, de csak egy helyes.
Végül a cselekvési vonal egy képzeletbeli vonal, amely az alkalmazott erőtől meghosszabbítható a kar karjának meghatározása érdekében.
Példa a nyomaték kiszámítására
A legtöbb fizikai probléma megkezdésének legjobb módja az, ha képet rajzol a helyzetről. Néha ezt a képet szabad testdiagramként (FBD) írják le, ahol az objektum, amelyen a az erők, amelyek hatnak, meg vannak húzva, és az erők nyilakként vannak megrajzolva irányukkal és nagyságukkal felcímkézve. Az FBD-hez további fontos információ a koordináta-tengely és a forgástengely.
A nettó nyomaték megoldásához kritikus a pontos szabad test diagram.
1. lépés: Rajzolja meg az FBD-t, és tartalmazzon egy koordinátatengelyt. Jelölje meg a forgástengelyt.
2. lépés: Rajzolja meg az összes erőt, amely a testre hat, a megadott információk felhasználásával, hogy pontosan elhelyezze az erőket a forgástengelyhez képest.
3. lépés: Az emelőkar meghatározásához (ami valószínűleg a problémában szerepel) nyújtsa ki a cselekvési vonalat az erő, oly módon, hogy a kart meg lehessen húzni a forgástengelyen és merőlegesen a tengelyre Kényszerítés.
4. lépés: A problémából származó információ információt adhat a kar és az erő közötti szögről, így kiszámítható a nyomatékhoz való hozzájárulás:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
5. lépés: Összeadja az N erő mindegyikét a nettó nyomaték meghatározásához.