Представьте себе: вам нужно открутить болт от деревянной доски. Вы найдете гаечный ключ подходящего размера и закрепите его на болте. Чтобы начать ослабление гаечного ключа, вам нужно удерживать ручку и тянуть или толкать в направлении, перпендикулярном ручке гаечного ключа. Если нажать на ключ в направлении гаечного ключа, к болту не будет приложен крутящий момент, и он не ослабнет.
Крутящий момент - это влияние, которое рассчитывается из сил, влияющих на вращательное движение или вызывающих вращение вокруг оси.
Общая физика крутящего момента
Формула для определения крутящего момента,τявляется
\ тау = г \ раз F
гдерэто плечо рычага иFэто сила. Помнить,р, τ, а такжеF- все векторные величины, поэтому операция - это не скалярное умножение, а векторное векторное произведение. Если угол,θ, между плечом рычага и силой известна, то величина крутящего момента может быть рассчитана как
\ tau = rF \ sin {\ theta}
Стандартной единицей измерения крутящего момента в системе СИ является Ньютон-метр или Нм.
Чистый крутящий момент означает расчет результирующего крутящего момента изпразные участвующие силы. Таким образом:
\ Sigma ^ n_i \ vec {\ tau} = \ Sigma ^ n_i r_i F_i sin (\ theta)
Как и в кинематике, если сумма крутящих моментов равна 0, то объект находится в состоянии вращательного равновесия, что означает, что он не ускоряется и не замедляется.
Словарь по физике крутящего момента
Уравнение крутящего момента заполнено важной информацией о том, как создается крутящий момент и как рассчитать чистый крутящий момент. Понимание условий в уравнении поможет вам выполнить общий расчет чистого крутящего момента.
Во-первых, ось вращения - это точка, вокруг которой будет происходить вращение. В примере с крутящим моментом гаечного ключа ось вращения проходила через центр болта, поскольку гаечный ключ будет вращаться вокруг болта. Для качелей ось вращения - это середина скамьи, где расположена точка опоры, и дети на концах качелей прикладывают крутящий момент.
Далее расстояние между осью вращения и приложенной силой называется плечом рычага. Определение плеча рычага может быть непростым, потому что это векторная величина, поэтому потенциально существует много возможных плеч рычага, но только одно правильное.
Наконец, линия действия - это воображаемая линия, которая может быть продолжена от приложенной силы, чтобы определить плечо рычага.
Пример расчета крутящего момента
Лучший способ начать большинство физических задач - это нарисовать картину ситуации. Иногда это изображение описывается как диаграмма свободного тела (FBD), где объект, на котором силы, которые действуют, и силы нарисованы в виде стрелок с указанием их направления и величины. помечены. Другая важная информация, которую следует добавить в ваш FBD, - это оси координат и ось вращения.
Для определения чистого крутящего момента критически важна точная диаграмма свободного тела.
Шаг 1: Нарисуйте FBD и включите оси координат. Обозначьте ось вращения.
Шаг 2: Изобразите все силы, действующие на тело, используя предоставленную информацию, чтобы точно разместить силы относительно оси вращения.
Шаг 3: Чтобы определить плечо рычага (которое, вероятно, задано в задаче), вытяните линию действия от сила, так что плечо рычага можно провести через ось вращения и перпендикулярно оси вращения. сила.
Шаг 4: Информация о проблеме может дать информацию об угле между плечом рычага и силой, чтобы можно было вычислить вклад в крутящий момент:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Шаг 5: сложите каждый вклад от каждой из N сил, чтобы определить чистый крутящий момент.