Imaginați-vă acest lucru: trebuie să deșurubați un șurub de pe o scândură de lemn. Găsiți cheia dimensionată corect și fixați-o de șurub. Pentru a începe să slăbiți cheia, trebuie să țineți mânerul și să trageți sau să împingeți într-o direcție perpendiculară pe mânerul cheii. Împingerea de-a lungul direcției cheii nu va aplica un cuplu la șurub și nu se va slăbi.
Cuplul este influența care se calculează din forțele care efectuează mișcarea de rotație sau provoacă rotația în jurul unei axe.
Fizica cuplului general
Formula pentru determinarea cuplului,τeste
\ tau = r \ times F
Undereste brațul pârghiei șiFeste forța. Tine minte,r, τ, șiFsunt toate mărimi vectoriale, astfel operația nu este multiplicarea scalară, ci un produs încrucișat vectorial. Dacă unghiul,θ, între brațul pârghiei și forța este cunoscut, atunci magnitudinea cuplului poate fi calculată ca
\ tau = rF \ sin {\ theta}
Unitatea de cuplu standard sau SI este Newton metri sau Nm.
Cuplul net înseamnă calcularea cuplului rezultat de landiferite forțe care contribuie. Prin urmare:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
La fel ca în cinematică, dacă suma cuplurilor este 0, atunci obiectul se află în echilibru de rotație, adică nu accelerează și nici nu decelerează.
Vocabularul pentru fizica cuplului
Ecuația cuplului este plină de informații importante despre cum este generat cuplul și despre cum se calculează un cuplu net. Înțelegerea termenilor din ecuație vă va ajuta să finalizați un calcul general al cuplului net.
În primul rând, axa de rotație este punctul în jurul căruia va avea loc rotația. Pentru exemplul cuplului cheii, axa de rotație a fost prin centrul șurubului, deoarece cheia se va roti în jurul șurubului. Pentru un ferăstrău, axa de rotație este mijlocul băncii, unde este plasat punctul de sprijin, iar copiii de la capetele ferăstrăului aplică cuplul.
Apoi, distanța dintre axa de rotație și forța aplicată se numește brațul pârghiei. Determinarea brațului pârghiei poate fi dificilă, deoarece este o cantitate vectorială, deci există potențial multe brațe pârghie posibile, dar doar una corectă.
În sfârșit, linia de acțiune este o linie imaginară care poate fi extinsă de la forța aplicată pentru a determina brațul pârghiei.
Exemplu de calcul al cuplului
Cel mai bun mod de a începe majoritatea problemelor de fizică este de a face o imagine a situației. Uneori acea imagine este descrisă ca o diagramă a corpului liber (FBD), în care obiectul pe care se află forțele acționează sunt trase, iar forțele sunt trasate ca săgeți cu direcția și amploarea lor etichetat. Alte informații importante de adăugat la FBD sunt axele de coordonate și axa de rotație.
Pentru rezolvarea cuplului net, este esențială o diagramă corectă a corpului liber.
Pasul 1: Desenați FBD și includeți o axă de coordonate. Etichetați axa de rotație.
Pasul 2: Desenați toate forțele care acționează asupra corpului, folosind informațiile date pentru a plasa cu acuratețe forțele în raport cu axa de rotație.
Pasul 3: Pentru a determina brațul pârghiei (care este probabil dat în problemă), extindeți linia de acțiune de la forța, astfel încât brațul pârghiei să poată fi tras prin axa de rotație și perpendicular pe forta.
Pasul 4: Informațiile din problemă pot oferi informații despre unghiul dintre brațul pârghiei și forță, astfel încât contribuția la cuplu să poată fi calculată:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Pasul 5: Adăugați fiecare contribuție din fiecare dintre cele N forțe, pentru a determina cuplul net.