Immagina questo: devi svitare un bullone da un'asse di legno. Trovi la chiave della dimensione corretta e la fissi al bullone. Per iniziare ad allentare la chiave, è necessario tenere la maniglia e tirare o spingere in una direzione perpendicolare alla maniglia della chiave. Spingendo lungo la direzione della chiave non applicherà una coppia al bullone e non si allenterà.
La coppia è l'influenza che viene calcolata dalle forze che effettuano il movimento rotatorio o causano la rotazione attorno a un asse.
Fisica generale della coppia
La formula per determinare la coppia,τè
\tau = r\volte F
doverè il braccio di leva eFè la forza. Ricorda,r, τ, eFsono tutte quantità vettoriali, quindi l'operazione non è una moltiplicazione scalare, ma un prodotto vettoriale incrociato. Se l'angolo,θ, tra il braccio di leva e la forza è noto, quindi l'entità della coppia può essere calcolata come
\tau = rF\sin{\theta}
L'unità di coppia standard o SI è Newton metri o Nm.
Coppia netta significa calcolare la coppia risultante dandiverse forze contribuenti. Così:
\Sigma^n_i \vec{\tau} = \Sigma^n_i r_i F_i sin(\theta)
Proprio come nella cinematica, se la somma delle coppie è 0, allora l'oggetto è in equilibrio rotazionale, il che significa che non sta accelerando né decelerando.
Il vocabolario per la fisica della coppia
L'equazione della coppia è ricca di informazioni importanti su come viene generata la coppia e su come calcolare una coppia netta. Comprendere i termini nell'equazione ti aiuterà a completare un calcolo generale della coppia netta.
Innanzitutto, l'asse di rotazione è il punto attorno al quale avverrà la rotazione. Per l'esempio della coppia della chiave, l'asse di rotazione era attraverso il centro del bullone, poiché la chiave ruoterà attorno al bullone. Per un'altalena, l'asse di rotazione è il centro della panca, dove è posto il fulcro, ei bambini alle estremità dell'altalena stanno applicando la coppia.
Successivamente, la distanza tra l'asse di rotazione e la forza applicata è chiamata braccio di leva. Determinare il braccio di leva può essere complicato perché è una grandezza vettoriale, quindi ci sono potenzialmente molti bracci di leva possibili, ma solo uno corretto.
Infine, la linea di azione è una linea immaginaria che può essere estesa dalla forza applicata per determinare il braccio di leva.
Esempio di calcolo della coppia
Il modo migliore per iniziare la maggior parte dei problemi di fisica è disegnare un'immagine della situazione. A volte quell'immagine è descritta come un diagramma a corpo libero (FBD), dove l'oggetto su cui le forze che agiscono è disegnata e le forze sono disegnate come frecce con la loro direzione e grandezza etichettato. Altre informazioni importanti da aggiungere al tuo FBD sono gli assi delle coordinate e l'asse di rotazione.
Per risolvere la coppia netta, è fondamentale un diagramma a corpo libero accurato.
Passaggio 1: disegna il FBD e includi un asse di coordinate. Etichetta l'asse di rotazione.
Passaggio 2: tracciare tutte le forze che agiscono sul corpo, utilizzando le informazioni fornite per posizionare con precisione le forze rispetto all'asse di rotazione.
Passaggio 3: per determinare il braccio di leva (che è probabilmente indicato nel problema), estendere la linea di azione da la forza, tale che il braccio di leva può essere tirato attraverso l'asse di rotazione e perpendicolare al vigore.
Passaggio 4: le informazioni dal problema possono fornire informazioni sull'angolo tra il braccio di leva e la forza, in modo tale da poter calcolare il contributo alla coppia:
\tau_i=r_iF_i\sin{\theta_i}
Passaggio 5: sommare ogni contributo di ciascuna delle N forze per determinare la coppia netta.
