Ogni volta che giri la maniglia di una porta, applichi una forza come se la maniglia fosse una leva. Questa forza di rotazione, nota come coppia, consente di spostare i pesi con un peso che bilancia l'altro a entrambe le estremità della leva. È possibile trovare questo metodo di bilanciamento e controbilanciamento in molte applicazioni, dalle gru edili alle porte a spinta aperto e, utilizzando l'equazione della coppia, è possibile determinare la forza del peso e la distanza lungo la leva necessario.
Equazione della coppia
Ogni leva, con i suoi pesi per bilanciare e controbilanciare forze diverse, poggia su un fulcro, il punto in cui i bracci della leva si incontrano. Il fulcro dovrebbe trovarsi tra entrambi i pesi su entrambe le estremità della leva in modo che possa verificarsi la forza di rotazione.
Queste leve consentono di applicare un peso a entrambe le estremità in modo tale che i pesi si controbilanciano a vicenda. La coppia, detta anche momento o momento di forza, permette di confrontare la distanza e la forza tra i due pesi della leva.
Formula di bilanciamento del peso fulcro
Il prodotto della forza del peso e la distanza a cui si trova sul braccio della leva è uguale a quello del peso sull'altro lato. Matematicamente la formula del bilanciamento del peso del fulcro è
F_e\volte d_e=F_k\volte d_l
per la forza di sforzoFe, la sua distanza dal fulcrode, forza di caricoFde la sua distanza dal fulcrodio.
La forza di carico e la forza di sforzo descrivono i pesi su entrambi i lati della leva e si controbilanciano a vicenda. Ciò significa che in queste applicazioni è possibile utilizzare il carico e le forze di sforzo come pesi e contrappesi.
Se conosci l'angolo "theta"θtra la leva del braccio e la direzione della forza sul peso, puoi includerlo nel calcolatore del bilanciamento del peso del fulcro per scrivere la coppia come coppia "tau"
\tau=F\times r\sin{\theta}
Questo angolo assicura che la forza venga applicata nella direzione appropriata lungo i bracci della leva.
Calcolatore del bilanciamento del peso Fulcrum
Le unità di forza e distanza devono corrispondere per entrambi i lati dell'equazione. Se usi le libbre per misurare il peso della forza, ricorda di convertirlo in newton per ottenere la forza effettiva. Puoi utilizzare la conversione che 0,454 chilogrammi equivalgono a 1 libbra o che 4,45 newton equivalgono a 1 libbra.
Assicurati di misurare la distanza dall'oggetto sul braccio della leva al fulcro. Questo calcolatore della distanza del fulcro ti consente di confrontare i pesi che una gru o un carrello elevatore utilizzerebbero per sollevare pesi pesanti.
Calcolo del contrappeso della gru mobile
Immagina che una gru mobile stia sollevando una trave d'acciaio che pesava una tonnellata, o 2.000 libbre, a 50 piedi con un contrappeso situato a 20 piedi dall'altra parte del fulcro. Le forze vengono applicate ad angoli di 90° su ciascun braccio della leva della gru. Calcolare il peso del contrappeso che l'autogru potrebbe utilizzare a questa distanza.
Poiché le forze sono applicate ad angoli di 90°, il sinθcomponente sarebbe uguale a sin(90°), oppure 1. Usando l'equazione,Fe × de = Fio × dio,la coppia per il peso, o forza di sforzo, è quindi 2.000 libbre per 50 piedi, o 100.000 libbre-piedi per il peso. Il peso del contrappeso, o forza di carico, è quindi di 100.000 libbre-piedi diviso per 20 piedi, o 5.000 libbre.
Quando le forze su entrambe le estremità della leva sono uguali, la leva è in equilibrio. All'equilibrio, la forza netta è zero e non c'è accelerazione aggiuntiva nel sistema. È possibile impostare la somma delle forze su una gru mobile o un carrello elevatore pari a zero quando il sistema non è più in accelerazione o decelerazione.