Moment obrotowy to siła wywierana na przedmiot; siła ta powoduje, że obiekt zmienia swoją prędkość obrotową. Samochód do zatrzymania się opiera się na momencie obrotowym. Klocki hamulcowe wywierają na koła siłę tarcia, która wytwarza moment obrotowy na osi głównej. Siła ta utrudnia aktualny kierunek obrotu osi, zatrzymując w ten sposób ruch samochodu do przodu.
Narysuj schemat swobodnego ciała. Diagram swobodnych ciał izoluje jeden obiekt i zastępuje wszystkie obiekty zewnętrzne siłami wektorowymi lub skręcającymi. Pozwala to zsumować siły i określić siłę wypadkową i moment obrotowy działające na obiekt.
Pokaż wszystkie siły działające na pojazd, gdy kierowca zaczyna hamować. Istnieje siła grawitacji skierowana w dół, a także siła działająca w górę, wywierana przez drogę. Te dwie siły są równe i przeciwne, więc wzajemnie się znoszą. Pozostała siła to siła tarcia wywierana przez drogę, która działa poziomo w kierunku przeciwnym do ruchu pojazdu. Jako przykład załóżmy, że analizujesz 2000-kilogramowego Jeepa, który właśnie zaczął hamować. Twój wykres pokazywałby dwie równe i przeciwne siły pionowe o wartości 19 620 niutonów, które sumują się do zera, oraz pewną nieokreśloną siłę poziomą.
Wyznacz poziomą siłę na drodze, korzystając z drugiego prawa Newtona — siła działająca na obiekt równa się jego masie pomnożonej przez przyspieszenie. Prawdopodobnie znasz lub możesz uzyskać masę pojazdu ze specyfikacji producenta, ale będziesz musiał obliczyć tempo zwalniania. Jednym z najprostszych sposobów, aby to zrobić, jest założenie średniego tempa zwalniania od momentu pierwszego użycia hamulców do momentu zwolnienia. Opóźnienie to całkowita zmiana prędkości podzielona przez czas, który upłynął podczas procesu hamowania. Gdyby Jeep zjechał z prędkości 20 metrów na sekundę do 0 metrów na sekundę w ciągu 5 sekund, jego średnie hamowanie wyniosłoby 4 metry na sekundę. Siła potrzebna do wywołania tego spowolnienia wynosi 2000 kg * 4 m/s/s, co odpowiada 8000 Newtonów.
Oblicz moment obrotowy wywierany przez siłę na drodze na oś. Ponieważ moment obrotowy jest równy sile razy jego odległość od punktu obrotu, moment obrotowy jest równy sile na drodze razy promień koła. Siła drogi jest równą i przeciwną reakcją skrętną wywołaną przez hamulce, a więc moment hamowania jest równy co do wielkości i przeciwny do momentu wywieranego przez drogę. Jeśli koło Jeepa ma promień 0,25 metra, moment hamowania wynosi 8000 N * 0,25 m, czyli 2000 Nm.
Bibliografia
- „Kinematyka i dynamika maszyn”; Karol E. Wilsona i J. Peter Sadler; 2003
Wskazówki
- Możesz się pomylić z faktem, że istnieje wiele kół, a pojazd będzie rozkładał na każde z nich określoną wagę. Jednak całkowity moment obrotowy nadal zależy tylko od wielkości siły poziomej potrzebnej do zatrzymania pojazdu. Jeśli istnieją zarówno przednie, jak i tylne klocki hamulcowe i chcesz poznać moment obrotowy wywierany przez każdy zestaw, możesz oszacować, że każdy zestaw ma udział w połowie całkowitego momentu obrotowego.
o autorze
Z siedzibą w metropolii Cleveland w stanie Ohio, Brad Painting pisze na tematy związane ze zdrowiem, technologią i środowiskiem. Jego doświadczenie obejmuje pisanie materiałów szkoleniowych, planów zarządzania oraz różnych artykułów dla freelancerów. Malarstwo uzyskało tytuł Bachelor of Science w dziedzinie inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Ohio i specjalizuje się w projektowaniu budynków ekologicznych.