Moment är en kraft som utövas på ett objekt; denna kraft tenderar att få objektet att ändra sin rotationshastighet. En bil förlitar sig på vridmoment för att stoppa. Bromsbeläggen utövar en friktionskraft på hjulen, vilket skapar ett vridmoment på huvudaxeln. Denna kraft hindrar axelns nuvarande rotationsriktning och stoppar därmed bilens rörelse framåt.
Rita ett frikroppsdiagram. Ett frikroppsdiagram isolerar ett objekt och ersätter alla externa objekt med vektor- eller vridkrafter. Detta låter dig summera krafter och bestämma nettokraften och vridmomentet som verkar på ett objekt.
Visa alla krafter som verkar på fordonet när föraren börjar bromsa. Det finns tyngdkraften nedåt, och det finns också den uppåtgående kraften som vägen utövar. Dessa två krafter är lika och motsatta, så de tar bort varandra. Den återstående kraften är den friktionskraft som utövas av vägen, som verkar horisontellt i motsatt riktning mot fordonets rörelse. Anta att du analyserar en jeep på 2000 kg som just har börjat bromsa. Ditt diagram visar två lika och motsatta vertikala krafter på 19 620 Newton, som summerar till noll, och någon obestämd horisontell kraft.
Bestäm vägens horisontella kraft med Newtons andra lag - kraften på ett objekt är lika med dess massa gånger dess acceleration. Du vet antagligen antingen eller kan erhålla fordonets vikt från tillverkarens specifikationer, men du måste beräkna retardationshastigheten. Ett av de enklaste sätten att göra detta är att anta en genomsnittlig retardationshastighet från det att bromsarna sätts på först till frigöringspunkten. Retardationen är då den totala hastighetsförändringen dividerat med tiden som förflutit under bromsningsprocessen. Om jeepen gick från en hastighet på 20 meter per sekund till 0 meter per sekund på 5 sekunder, skulle dess genomsnittliga retardation vara 4 meter per sekund per sekund. Kraften som krävs för att orsaka denna retardation är lika med 2000 kg * 4 m / s / s, vilket motsvarar 8000 Newton.
Beräkna vridmomentet som vägens kraft orsakar kring axeln. Eftersom vridmoment är lika med kraft gånger dess avstånd från rotationspunkten, är vridmomentet lika med vägens kraft gånger hjulets radie. Vägens kraft är den lika och motsatta vridningsreaktionen som orsakas av bromsarna, så bromsmomentet är lika stort och motsatt i riktning mot vridmomentet. Om jeeps hjul har en radie på 0,25 meter, är bromsmomentet lika med 8000 N * 0,25 m eller 2000 Newton-meter.
Referenser
- "Kinematik och dynamik för maskiner"; Charles E. Wilson och J. Peter Sadler; 2003
Tips
- Du kan bli förvirrad med det faktum att det finns flera hjul, och fordonet kommer att fördela en viss vikt över var och en. Det totala vridmomentet beror emellertid fortfarande bara på mängden horisontell kraft som krävs för att stoppa fordonet. Om det finns både främre och bakre bromsbelägg och du vill veta vridmomentet som utövas av varje uppsättning kan du uppskatta att varje uppsättning bidrar med hälften av det totala vridmomentet.
Om författaren
Brad Painting är baserad i storstadsområdet Cleveland, Ohio och skriver om hälso-, teknik- och miljöfrågor. Hans erfarenhet inkluderar att skriva utbildningsmaterial, ledningsplaner och olika frilansartiklar. Måleri har en kandidatexamen i maskinteknik från Ohio University och specialiserat sig på design av gröna byggnader.