Tenk deg dette: Du må skru av en bolt fra en treplank. Du finner riktig skiftenøkkel og fester den til bolten. For å begynne å løsne skiftenøkkelen, må du holde i håndtaket og trekke eller skyve i en retning som er vinkelrett på skiftenøkkelen. Hvis du skyver i retning av skiftenøkkelen, tilføres ikke bolten et dreiemoment, og den løsner ikke.
Dreiemoment er påvirkningen som beregnes ut fra krefter som påvirker rotasjonsbevegelse, eller som forårsaker rotasjon rundt en akse.
Generell momentfysikk
Formelen for å bestemme dreiemoment,τer
\ tau = r \ ganger F
hvorrer spakarmen ogFer styrken. Huske,r, τ, ogFer alle vektormengder, og operasjonen er altså ikke skalarmultiplikasjon, men et vektorkorsprodukt. Hvis vinkelen,θ, mellom spakarmen og kraften er kjent, så kan størrelsen på dreiemomentet beregnes som
\ tau = rF \ sin {\ theta}
Standard- eller SI-dreiemoment er Newton meter, eller Nm.
Netto dreiemoment betyr å beregne det resulterende dreiemomentet franforskjellige medvirkende krefter. Og dermed:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
Akkurat som i kinematikk, hvis summen av dreiemomentene er 0, er objektet i rotasjonsvekt, noe som betyr at det verken akselererer eller bremser.
Vokabular for Torque Physics
Dreiemomentligningen er fullpakket med viktig informasjon om hvordan dreiemoment genereres, og hvordan man beregner et netto dreiemoment. Å forstå vilkårene i ligningen vil hjelpe deg med å fullføre en generell nettomomentberegning.
For det første er rotasjonsaksen det punktet som rotasjonen vil skje rundt. For skiftenøkkelmomenteksemplet var rotasjonsaksen gjennom midten av bolten, siden skiftenøkkelen vil rotere rundt bolten. For en vippesag er rotasjonsaksen midt på benken, der støttepunktet er plassert, og barna i endene av vippen bruker momentet.
Deretter kalles avstanden mellom rotasjonsaksen og den påførte kraften spakarmen. Å bestemme spakarmen kan være vanskelig fordi det er en vektormengde, og det er derfor potensielt mange mulige spakearmer, men bare en riktig.
Til slutt er handlingslinjen en imaginær linje som kan utvides fra den påførte kraften for å bestemme spakarmen.
Eksempel på momentberegning
Den beste måten å starte de fleste fysiske problemer på er å tegne et bilde av situasjonen. Noen ganger blir bildet beskrevet som et fritt kroppsdiagram (FBD), hvor objektet som krefter som virker trekkes, og kreftene trekkes som piler med sin retning og styrke merket. Annen viktig informasjon å legge til FBD er en koordinatakser og rotasjonsaksen.
For å løse netto dreiemoment er et nøyaktig fritt kroppsdiagram avgjørende.
Trinn 1: Tegn FBD og inkluder en koordinatakser. Merk rotasjonsaksen.
Trinn 2: Tegn alle kreftene som virker på kroppen, ved å bruke informasjonen gitt for å plassere kreftene nøyaktig i forhold til rotasjonsaksen.
Trinn 3: For å bestemme spakarmen (som sannsynligvis er gitt i problemet), utvid handlingslinjen fra kraften, slik at spakarmen kan trekkes gjennom rotasjonsaksen og vinkelrett på makt.
Trinn 4: Informasjon fra problemet kan gi informasjon om vinkelen mellom spakarmen og kraften, slik at bidraget til dreiemomentet kan beregnes:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Trinn 5: Legg sammen hvert bidrag fra hver av N-kreftene for å bestemme nettomomentet.