Torsi, yang berima dengan "garpu," adalah analog sudut gaya. Kadang-kadang disebut gaya puntir atau atorsionalmemaksa.
Ketika Anda mendorong sebuah kotak secara horizontal di sepanjang permukaan dengan kecepatan konstan, Anda mengerahkan gaya mekanik "tradisional" pada kotak tersebut. Tetapi ketika Anda menerapkan belokan ke kunci pas, variabelnya langsung berbeda karena gaya yang Anda terapkan untuk memindahkan sesuatu sedang diterapkan secara tidak langsung – diproses, jika Anda mau, melalui tindakan memutar dan hukum fisik yang mengatur jenis ini gerakan.
- Satu hal penting yang harus diperhatikan di depan: Sementara torsi dapat dianggap sebagai gaya dalam hal bagaimana hal itu mempengaruhi objek, sebenarnya memiliki satuan kerja, atau gaya kali jarak.Namun, torsi adalah besaran vektor.
Torsi bersih (yang dapat Anda anggap sebagai "torsi total", karena merupakan jumlah vektor torsi dalam suatu sistem) menyebabkan perubahan kecepatan sudut suatu benda, sama seperti gaya total mempengaruhi perubahan linier suatu benda object kecepatan.
Torsi bersih diperlukan untuk membuka pintu atau stoples acar, untuk membuat gerakan jungkat-jungkit, atau untuk mengendurkan mur roda pada ban, antara lain. Mudahnya, matematika dan persamaan yang terlibat dalam gerak rotasi analog dengan yang digunakan untuk gerak linier, jadi kinematika masalah yang melibatkan torsi dapat diselesaikan dengan cara umum yang sama selama Anda melacak variabel dan tanda dengan benar.
Analogi Antara Gerak Linier dan Rotasi
Besaran pokok persamaan gerak adalah perpindahan, kecepatan (laju perubahan perpindahan), percepatan (laju perubahan kecepatan) dan waktu.untukdiri. Massa tidak masuk persamaan ini, tetapi dimasukkan ke dalam energi mekanik (kinetik ditambah energi potensial) serta momentum (massa kali kecepatan).
Kecepatan sudutωadalah laju perubahan sudutθ(biasanya dalam radian per detik atau rad/s, dinyatakan sebagai s-1) sehubungan dengan titik referensi tetap, analog dengan kecepatan linierv. Dengan demikian, percepatan sudutαadalah laju perubahanωsehubungan dengan waktu. Momentum Linierpdinyatakan sebagaisayav, sedangkan momentum sudutLadalah produk darisaya(momen inersia, menggabungkan massa dan distribusinya dalam benda-benda dari berbagai bentuk) danω:
L=I\omega
Persamaan Torsi Bersih dan Satuan Torsi
Sedangkan dalam kinematika linier (translasi), persamaan umum yang menarik adalahFbersih= mSebuah(Hukum kedua Newton), hubungan analog dengan torsi adalah bahwa torsi bersih sama dengan momen inersia dikalikan percepatan sudut. Torsi individu dapat ditemukan melalui ekspresi berikut:
\tau = r\kali F = |r|| F|\sin{\th
= r × F= |r|| F|sin
"τ" yang mewakili torsi adalah huruf Yunani Greektau. (Tanpa alfabet Yunani, fisikawan akan dibiarkan menggaruk-garuk kepala untuk simbol yang digunakan dalam persamaan di masa Newton di tahun 1700-an.) Juga,radalah jari-jari dalam meter dalam satuan SI, juga disebut lengan tuas; karena juga memiliki arah, itu adalah besaran vektor. Gaya, seperti yang hampir selalu terjadi, dinyatakan dalam newton (N).
"×" di sini menyiratkan jenis perkalian khusus antara vektor, karena torsi adalah isproduk silangradius dan kekuatan. Arah vektor torsi tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh arah vektor gaya dan arah lengan tuas yang mempunyai sudutθdiantara mereka.
Seringkali gaya bekerja dengan desain dalam arah tegak lurus terhadap lengan tuas; ini masuk akal secara intuitif, tetapi didukung oleh matematika karena sin memiliki nilai maksimum 1 pada = 90 derajat (atau /2).
Arah Vektor Torsi
Lengan tuasr(juga disebutlengan momen) adalah perpindahan dari sumbu rotasi ke titik di mana gaya diterapkan. Dalam beberapa masalah, penempatan gaya ini tidak jelas tanpa melihat diagram, karena dapat berada di antara sumbu rotasi dan beban yang dipindahkan.
Arah torsi bersih sepanjang sumbu rotasi dengan arah ditentukan oleh byaturan tangan kanan: Jika Anda menekuk jari jika tangan kanan Anda dari arahrke arahF, ibu jari Anda menunjuk ke arah vektor torsi.
- Titik torsi dalam arah yang sama dengan percepatan sudut (bila cukup untuk mempengaruhi perubahan gerak rotasi benda yang bersangkutan).
Menemukan Contoh Torsi Bersih
- Anda menerapkan gaya 100 N secara tegak lurus ke kunci inggris 10 cm (0,1 m) dari tengah baut yang macet. Berapa torsi bersihnya?
\tau = r\kali F = |r|| F|\sin{\theta}=(0.1)(100)(1)=10\text{ Nm}
Anda menerapkan gaya 100 N yang sama secara tegak lurus ke ujung kunci pas (sangat panjang) ini, 1 m dari tengah baut yang membandel. Berapa torsi bersih yang baru?
\tau = r\kali F = |r|| F|\sin{\theta}=(1)(100)(1)=100\text{ Nm}
2. Misalkan Anda mengerahkan gaya searah jarum jam sebesar 50 N pada roda horizontal 3 m dari sumbu rotasinya. Seorang teman mendorong dengan gaya 25 N berlawanan arah jarum jam 5 m dari sumbu rotasi. Ke arah mana roda akan bergerak?
Karena besarnya torsi "Anda" (50 kali 3 atau 150 newton-meter) melebihi teman Anda (25 kali 5 atau 125 newton-meter), roda akan bergerak searah jarum jam, karena torsi bersihnya adalah 150 – 125 = 25 newton-meter pada arah.
Kesetimbangan Rotasi: Torsi Bersih Nol
Ketika semua torsi pada suatu benda seimbang (yaitu, mereka secara matematis dan fungsional saling meniadakan), sebuah benda dikatakan berada dikeseimbangan rotasi. Seperti halnya gaya linier dan hukum kedua Newton, ketika gaya totalnya nol, kecepatan benda tidak berubah (tetapi bisa tidak nol). Dalam kasus gerak rotasi, itu berarti kecepatan rotasinya tidak berubah.
Pertimbangkan jungkat-jungkit yang seimbang. Jelas, dua anak dengan massa yang sama ditempatkan pada jarak yang sama dari pusat tidak akan membuatnya bergerak. Tapi dua anak dariberbedamassabisaseimbangkan juga; mereka hanya harus berada pada jarak yang berbeda.
- Perhatikan bahwa gaya yang "diterapkan" oleh anak-anak yang duduk di jungkat-jungkit adalah gaya gravitasi, atau berat badan mereka. Namun, mereka masih harus bekerja keras untuk memperbaiki "masalah" ini!
Ketika Gaya yang Diterapkan Tidak Tegak Lurus
Hanya komponen gaya yang diterapkan yang berada pada sudut siku-siku pada jarakrdari sumbu rotasi berkontribusi pada torsi bersih pada suatu objek. Ini berarti bahwa orang yang sangat kuat mencoba memutar objek dengan menerapkan gaya pada sudut kecil akan mengalami kesulitan untuk memulainya. berputar dari seseorang dengan kekuatan sederhana akan dengan menerapkan gaya tegak lurus karena sin = 0 pada = 0, dan sin mendekati 1 saat mendekati 90 derajat.
Banyak masalah fisika memiliki sudut yang muncul berulang kali karena nyaman secara trigonometri serta mewakili masalah kehidupan nyata. Jadi, jika Anda melihat bahwa gaya diterapkan pada sudut yang lebih kecil, seperti 45 atau 30 derajat, Anda akan terbiasa mengetahui nilai sinus dan cosinus dari sudut-sudut ini dalam waktu singkat.
Jadi, cara paling efisien untuk menggunakan kunci pas dalam istilah fisika – yaitu, cara mendapatkan torsi bersih paling banyak dari gaya yang Anda gunakan – adalah dengan menerapkan gaya itu pada 90 derajat. Tetapi Anda mungkin dapat membayangkan, atau bahkan mengingat, situasi di mana hal ini tidak mungkin dilakukan karena keterbatasan ruang dalam mengakses baut atau sejenisnya.
