Za każdym razem, gdy przekręcasz klamkę, przykładasz siłę, jakby klamka była dźwignią. Ta siła obrotowa, znana jako moment obrotowy, umożliwia przesuwanie ciężarków, przy czym jeden ciężarek równoważy drugi na obu końcach dźwigni. Tę metodę równoważenia i równoważenia można znaleźć w wielu zastosowaniach, od dźwigów budowlanych po pchanie drzwi otwórz i korzystając z równania na moment obrotowy możesz określić siłę ciężaru i odległość wzdłuż dźwigni potrzebne.
Równanie momentu obrotowego
Każda dźwignia z ciężarkami równoważącymi i równoważącymi różne siły opiera się na punkcie podparcia, w którym spotykają się ramiona dźwigni. Punkt podparcia powinien leżeć pomiędzy obydwoma ciężarkami na każdym końcu dźwigni tak, aby mogła wystąpić siła obrotowa.
Dźwignie te umożliwiają przyłożenie ciężaru do obu końców w taki sposób, że ciężarki równoważą się nawzajem. Moment obrotowy, zwany również momentem lub momentem siły, pozwala porównać odległość i siłę między dwoma ciężarami dźwigni.
Formuła balansu masy Fulcrum
Iloczyn siły ciężarka i odległości, w jakiej znajduje się on na ramieniu dźwigni, jest równy ciężarowi po drugiej stronie. Matematycznie formuła bilansu masy w punkcie podparcia to
F_e\times d_e=F_k\times d_l
dla siły wysiłkufami, jego odległość od punktu podparciaremi, siła obciążeniafarei jego odległość od punktu podparciareja.
Siła obciążenia i siła wysiłku opisują ciężary po obu stronach dźwigni i równoważą się nawzajem. Oznacza to, że w tych zastosowaniach można używać sił obciążenia i wysiłku jako obciążników i obciążników przeciwwagi.
Jeśli znasz kąt "theta"θmiędzy dźwignią ramienia a kierunkiem siły działającej na ciężarek, można go uwzględnić w kalkulatorze wyważania punktu podparcia, aby zapisać moment obrotowy jako moment obrotowy „tau”
\tau=F\times r\sin{\theta}
Ten kąt zapewnia przyłożenie siły w odpowiednim kierunku wzdłuż ramion dźwigni.
Kalkulator balansu masy Fulcrum
Jednostki siły i odległości powinny być takie same dla obu stron równania. Jeśli używasz funtów do pomiaru ciężaru siły, pamiętaj, aby przeliczyć ją na niutony, aby uzyskać rzeczywistą siłę. Możesz użyć przeliczenia, że 0,454 kilograma równa się 1 funtowi lub że 4,45 niutona równa się 1 funtowi.
Upewnij się, że mierzysz odległość od obiektu na ramieniu dźwigni do punktu podparcia. Ten kalkulator odległości podparcia pozwala porównać ciężary, których dźwig lub wózek widłowy użyłby do podnoszenia dużych ciężarów.
Obliczanie przeciwwagi żurawia mobilnego
Wyobraź sobie dźwig samojezdny podnoszący stalowy dźwigar ważący jedną tonę, czyli 2000 funtów, na wysokości 50 stóp z przeciwwagą umieszczoną 20 stóp po drugiej stronie punktu podparcia. Siły są przykładane pod kątem 90° do każdego ramienia dźwigni dźwigu. Oblicz wagę przeciwwagi, jaką dźwig samojezdny mógłby wykorzystać z tej odległości.
Ponieważ siły są przykładane pod kątem 90°, grzechθskładnik równałby się sin(90°) lub 1. Korzystając z równania,fami × remi = Fja × reja,moment obrotowy dla ciężaru lub siły wysiłku wynosi wtedy 2000 funtów razy 50 stóp lub 100 000 funtów-stopy dla ciężaru. Ciężar przeciwwagi lub siła obciążenia wynosi wtedy 100 000 funtów na stopy podzielone przez 20 stóp, czyli 5000 funtów.
Gdy siły na obu końcach dźwigni są równe, dźwignia jest w równowadze. W stanie równowagi siła wypadkowa wynosi zero i nie ma dodatkowego przyspieszenia w układzie. Możesz ustawić sumę sił działających na dźwig samojezdny lub wózek widłowy na zero, gdy system nie przyspiesza lub nie zwalnia.