De hele natuurkunde houdt zich bezig met het beschrijven hoe objecten bewegen en hoe bepaalde hoeveelheden die ze bezitten (bijvoorbeeld energie, momentum) worden uitgewisseld met elkaar en met de omgeving. Misschien is de meest fundamentele hoeveelheid die beweging bepaalt, kracht, die wordt beschreven door de wetten van Newton.
Als je je krachten voorstelt, stel je je waarschijnlijk voor dat objecten in een rechte lijn worden geduwd of getrokken. In feite, waar je voor het eerst wordt blootgesteld aan het concept van kracht in een natuurwetenschappelijke cursus, is dit het soort scenario dat je wordt gepresenteerd omdat het het eenvoudigste is.
Maar de natuurkundige wetten die de rotatiebeweging beheersen, omvatten een hele andere reeks variabelen en vergelijkingen, zelfs als de onderliggende principes hetzelfde zijn. Een van deze speciale hoeveelheden iskoppel, die vaak werkt om assen in machines te roteren.
Wat is Kracht?
Een kracht, simpel gezegd, is een duw of trek. Als het netto-effect van alle krachten die op een object inwerken niet wordt opgeheven, zal die nettokracht ervoor zorgen dat het object versnelt of van snelheid verandert.
In tegenstelling tot misschien je eigen intuïtie en de ideeën van de oude Grieken, is geweld dat niet vereist om een object met constante snelheid te verplaatsen, want versnelling wordt gedefinieerd als de veranderingssnelheid van snelheid.
Alseen= 0, verandering inv= 0 en er is geen kracht nodig om het object in beweging te houden, op voorwaarde dat er geen andere krachten (inclusief luchtweerstand of wrijving) op inwerken.
In een gesloten systeem, als de som van alle aanwezige krachten nul isende som van alle aanwezige koppels is ook nul, het systeem wordt beschouwd als inevenwicht, aangezien niets het dwingt om zijn beweging te veranderen.
Koppel uitgelegd
De roterende tegenhanger van kracht in de natuurkunde is koppel, weergegeven doorT.
Koppel is een essentieel onderdeel van vrijwel elke denkbare technische toepassing; elke machine met een roterende as bevat een koppelcomponent, die verantwoordelijk is voor bijna de hele transportwereld, samen met landbouwmachines en nog veel meer in de industriële wereld.
De algemene formule voor koppel wordt gegeven door
T = F × r × \sin θ
WaarFis de kracht die wordt uitgeoefend op een hefboomarm van lengterschuinθ. Aangezien sin 0° = 0 en sin 90° = 1, kun je zien dat het koppel wordt gemaximaliseerd wanneer de kracht loodrecht op de hendel wordt uitgeoefend. Als je nadenkt over enige ervaring met lange sleutels die je hebt gehad, is dit waarschijnlijk intuïtief logisch.
- Koppel heeft dezelfde eenheden als energie (de Newtonmeter), maar in het geval van koppel is dit thisnooit"Joule" genoemd. En in tegenstelling tot energie is koppel een vectorgrootheid.
Askoppel formule:
Om het askoppel te berekenen, bijvoorbeeld als u op zoek bent naar een formule voor het koppel van de nokkenas, moet u eerst het soort as specificeren waar u het over heeft.
Dit komt doordat assen die bijvoorbeeld uitgehold zijn en al hun massa in een cilindrische ring bevatten zich anders gedragen dan massieve assen met dezelfde diameter.
Voor torsie op zowel holle als massieve assen, een hoeveelheid genaamdschuifspanning,vertegenwoordigd doorτ(de Griekse letter tau), komt in het spel. Ook depolair traagheidsmoment van een gebied, J, een hoeveelheid die lijkt op massa in rotatieproblemen, komt in de mix en is specifiek voor asconfiguratie.
De algemene formule voor koppel op een as is:
T = τ × \frac{J}{r}
waarris de lengte en richting van de hefboomarm. Voor een stevige as,Jheeft de waarde van (π/2)r4.
Voor een uitgeholde as,Jin plaats daarvan is (π/2)(rO4 – rik4), waar?ro en rO zijn de buitenste en binnenste radii van de as (het vaste gedeelte buiten de lege cilinder).
