เมื่อใดก็ตามที่คุณหมุนที่จับประตู คุณจะต้องออกแรงราวกับว่าที่จับนั้นเป็นคันโยก แรงหมุนนี้เรียกว่าแรงบิด ช่วยให้คุณเคลื่อนย้ายตุ้มน้ำหนักโดยให้น้ำหนักตัวหนึ่งสมดุลกับอีกข้างหนึ่งที่ปลายทั้งสองของคันโยก คุณสามารถหาวิธีการปรับสมดุลและถ่วงดุลนี้ได้จากการใช้งานต่างๆ ตั้งแต่ปั้นจั่นก่อสร้างไปจนถึงบานประตู เปิดและใช้สมการแรงบิดคุณสามารถกำหนดแรงของน้ำหนักและระยะทางตามคันโยกได้ จำเป็น
สมการแรงบิด
คันโยกทุกคันที่มีน้ำหนักสำหรับปรับสมดุลและถ่วงดุลแรงที่แตกต่างกันนั้น อาศัยจุดศูนย์กลาง ซึ่งเป็นจุดที่แขนของคันโยกมาบรรจบกัน จุดศูนย์กลางควรอยู่ระหว่างตุ้มน้ำหนักทั้งสองที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของคันโยกเพื่อให้เกิดแรงหมุนได้
คันโยกเหล่านี้ให้คุณใส่ตุ้มน้ำหนักกับปลายทั้งสองข้างเพื่อให้ตุ้มน้ำหนักถ่วงดุลซึ่งกันและกัน แรงบิดเรียกอีกอย่างว่าโมเมนต์หรือโมเมนต์ของแรง ช่วยให้คุณเปรียบเทียบระยะทางและแรงระหว่างตุ้มน้ำหนักทั้งสองของคันโยกได้
สูตรสมดุลน้ำหนัก Fulcrum
ผลคูณของแรงของน้ำหนักและระยะทางที่วางอยู่บนแขนของคันโยกเท่ากับน้ำหนักของอีกด้านหนึ่ง สูตรสมดุลน้ำหนักจุดศูนย์กลางทางคณิตศาสตร์คือ
F_e\times d_e=F_k\times d_l
เพื่อพลังแห่งความพยายามFอี, ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางdอี, แรงโหลดFdและระยะห่างจากจุดศูนย์กลางdl.
แรงโหลดและแรงพยายามอธิบายน้ำหนักที่ด้านใดด้านหนึ่งของคันโยก และถ่วงดุลซึ่งกันและกัน ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถใช้แรงบรรทุกและแรงกระทำเป็นตุ้มน้ำหนักและตุ้มน้ำหนักถ่วงดุลในแอปพลิเคชันเหล่านี้ได้
ถ้ารู้มุม "ทีต้า"θระหว่างคันโยกของแขนและทิศทางของแรงบนน้ำหนัก คุณสามารถรวมไว้ในเครื่องคำนวณสมดุลน้ำหนักจุดศูนย์กลางเพื่อเขียนแรงบิดเป็นแรงบิด "เอกภาพ"
\tau=F\times r\sin{\theta}
มุมนี้ช่วยให้แน่ใจว่าแรงถูกนำไปใช้ในทิศทางที่เหมาะสมควบคู่ไปกับคันโยก
เครื่องคำนวณสมดุลน้ำหนัก Fulcrum
หน่วยของแรงและระยะทางควรตรงกันทั้งสองข้างของสมการ หากคุณใช้ปอนด์เพื่อวัดน้ำหนักของแรง อย่าลืมแปลงเป็นนิวตันเพื่อให้ได้แรงจริง คุณสามารถใช้การแปลงที่ 0.454 กิโลกรัมเท่ากับ 1 ปอนด์ หรือ 4.45 นิวตันเท่ากับ 1 ปอนด์
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณวัดระยะห่างจากวัตถุบนแขนของคันโยกไปยังจุดศูนย์กลาง เครื่องคำนวณระยะทางจุดศูนย์กลางนี้ช่วยให้คุณเปรียบเทียบน้ำหนักที่เครนหรือรถยกจะใช้ในการยกของหนัก
การคำนวณน้ำหนักถ่วงของเครนเคลื่อนที่
ลองนึกภาพเครนเคลื่อนที่กำลังยกคานเหล็กที่มีน้ำหนักหนึ่งตันหรือ 2,000 ปอนด์ที่ 50 ฟุตโดยมีน้ำหนักถ่วงอยู่ 20 ฟุตที่อีกด้านหนึ่งของจุดศูนย์กลาง แรงกระทำทำมุม 90° กับแขนแต่ละข้างของคันโยกเครน คำนวณน้ำหนักถ่วงที่เครนเคลื่อนที่สามารถใช้ได้ในระยะนี้
เนื่องจากแรงกระทำที่มุม 90° ค่า sinθองค์ประกอบจะเท่ากับบาป(90°) หรือ 1 โดยใช้สมการFอี × dอี = Fl × dl,แรงบิดสำหรับน้ำหนักหรือแรงพยายามคือ 2,000 ปอนด์ คูณ 50 ฟุต หรือ 100,000 ปอนด์-ฟุตสำหรับน้ำหนัก น้ำหนักถ่วงหรือแรงโหลดคือ 100,000 ฟุต-ฟุต หารด้วย 20 ฟุต หรือ 5,000 ปอนด์
เมื่อแรงที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของคันโยกเท่ากัน คันโยกจะอยู่ที่สมดุล ที่สมดุล แรงสุทธิเป็นศูนย์ และไม่มีความเร่งเพิ่มเติมในระบบ คุณสามารถตั้งค่าผลรวมของแรงบนเครนเคลื่อนที่หรือรถยกให้เท่ากับศูนย์ได้เมื่อระบบไม่เร่งหรือลดความเร็วอีกต่อไป
