Wyobraź sobie: musisz odkręcić śrubę z drewnianej deski. Znajdź klucz o odpowiednim rozmiarze i przymocuj go do śruby. Aby rozpocząć luzowanie klucza, należy przytrzymać uchwyt i pociągnąć lub popchnąć w kierunku prostopadłym do uchwytu klucza. Popychanie w kierunku klucza nie spowoduje przyłożenia momentu obrotowego do śruby i nie poluzuje się.
Moment obrotowy to wpływ obliczany na podstawie sił, które wpływają na ruch obrotowy lub powodują obrót wokół osi.
Ogólna fizyka momentu obrotowego
Wzór na określenie momentu obrotowego,τjest
\tau = r\razy F
gdzierto ramię dźwigni ifajest siła. Zapamiętaj,r, τ, ifasą wielkościami wektorowymi, więc operacja nie jest mnożeniem przez skalar, ale iloczynem wektorowym. Jeśli kąt,θ, między ramieniem dźwigni a siłą, to wielkość momentu można obliczyć jako
\tau = rF\sin{\theta}
Standardową jednostką momentu obrotowego SI jest niutonometr lub Nm.
Moment netto oznacza obliczenie wypadkowego momentu znieróżne siły. A zatem:
\Sigma^n_i \vec{\tau} = \Sigma^n_i r_i F_i grzech(\theta)
Podobnie jak w kinematyce, jeśli suma momentów wynosi 0, to obiekt jest w równowadze obrotowej, czyli nie przyspiesza ani nie zwalnia.
Słownictwo dotyczące fizyki momentu obrotowego
Równanie momentu obrotowego jest wypełnione ważnymi informacjami na temat generowania momentu obrotowego i sposobu obliczania momentu obrotowego netto. Zrozumienie terminów w równaniu pomoże w wykonaniu ogólnych obliczeń momentu obrotowego netto.
Po pierwsze, oś obrotu to punkt, wokół którego nastąpi obrót. W przykładzie z momentem obrotowym klucza oś obrotu przebiegała przez środek śruby, ponieważ klucz obraca się wokół śruby. W przypadku huśtawki oś obrotu znajduje się w środku ławki, na której znajduje się punkt podparcia, a dzieci na końcach huśtawki przykładają moment obrotowy.
Następnie odległość między osią obrotu a przyłożoną siłą nazywa się ramieniem dźwigni. Określenie ramienia dźwigni może być trudne, ponieważ jest to wielkość wektora, a zatem potencjalnie istnieje wiele możliwych ramion dźwigni, ale tylko jedno prawidłowe.
Wreszcie linia działania jest wyobrażoną linią, którą można wydłużyć z przyłożonej siły, aby określić ramię dźwigni.
Przykład obliczenia momentu obrotowego
Najlepszym sposobem na rozpoczęcie większości problemów fizycznych jest narysowanie obrazu sytuacji. Czasami ten obraz jest opisywany jako diagram swobodnego ciała (FBD), gdzie obiekt, na którym siły działające są rysowane, a siły są rysowane jako strzałki z ich kierunkiem i wielkością oznakowane. Inne ważne informacje, które należy dodać do FBD, to osie współrzędnych i oś obrotu.
W celu rozwiązania problemu momentu obrotowego netto, dokładny wykres swobodnego ciała jest kluczem do sukcesu.
Krok 1: Narysuj FBD i dołącz osie współrzędnych. Oznacz oś obrotu.
Krok 2: Narysuj wszystkie siły działające na ciało, korzystając z podanych informacji, aby dokładnie umieścić siły względem osi obrotu.
Krok 3: Aby określić ramię dźwigni (które prawdopodobnie jest podane w zadaniu), przedłuż linię działania od siłę taką, że ramię dźwigni może być przeciągnięte przez oś obrotu i prostopadle do siła.
Krok 4: Informacja z problemu może dostarczyć informacji o kącie między ramieniem dźwigni a siłą, tak aby można było obliczyć udział w momencie obrotowym:
\tau_i=r_iF_i\sin{\theta_i}
Krok 5: Zsumuj każdy wkład każdej z sił N, aby określić moment obrotowy netto.
