ลองนึกภาพสิ่งนี้: คุณต้องคลายเกลียวสลักเกลียวจากแผ่นไม้ คุณพบประแจที่มีขนาดถูกต้องและยึดเข้ากับสลักเกลียว ในการเริ่มคลายประแจ คุณต้องจับที่จับแล้วดึงหรือดันไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับที่จับของประแจ การกดไปตามทิศทางของประแจจะไม่ใช้แรงบิดกับสลักเกลียว และจะไม่คลายออก
แรงบิดคืออิทธิพลที่คำนวณจากแรงที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่แบบหมุน หรือทำให้เกิดการหมุนรอบแกน
ฟิสิกส์แรงบิดทั่วไป
สูตรกำหนดแรงบิดτคือ
\tau = r\times F
ที่ไหนrคือคันโยกและFคือกำลัง จำไว้r, τ, และFเป็นปริมาณเวกเตอร์ทั้งหมด ดังนั้นการดำเนินการจึงไม่ใช่การคูณสเกลาร์ แต่เป็นผลคูณของเวกเตอร์ ถ้ามุมθระหว่างแขนคันโยกและแรงเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ขนาดของแรงบิดสามารถคำนวณได้ดังนี้
\tau = rF\sin{\theta}
หน่วยแรงบิดมาตรฐานหรือ SI คือนิวตันเมตรหรือ Nm
แรงบิดสุทธิหมายถึงการคำนวณแรงบิดที่เกิดจาก resultingนกองกำลังสนับสนุนที่แตกต่างกัน ดังนั้น:
\Sigma^n_i \vec{\tau} = \Sigma^n_i r_i F_i sin(\theta)
เช่นเดียวกับในจลนศาสตร์ หากผลรวมของแรงบิดเป็น 0 แสดงว่าวัตถุนั้นอยู่ในสมดุลการหมุน ซึ่งหมายความว่าจะไม่เร่งหรือลดความเร็ว
คำศัพท์ฟิสิกส์แรงบิด
สมการแรงบิดอัดแน่นไปด้วยข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับวิธีการสร้างแรงบิดและวิธีคำนวณแรงบิดสุทธิ การทำความเข้าใจเงื่อนไขในสมการจะช่วยให้คุณคำนวณแรงบิดสุทธิทั่วไปได้สำเร็จ
ประการแรก แกนของการหมุนคือจุดที่การหมุนจะเกิดขึ้น สำหรับตัวอย่างแรงบิดของประแจ แกนหมุนผ่านศูนย์กลางของโบลต์ เนื่องจากประแจจะหมุนไปรอบๆ โบลต์ สำหรับกระดานหก แกนหมุนคือตรงกลางของม้านั่ง โดยจะวางจุดศูนย์กลาง และลูกที่ปลายไม้กระดานหกกำลังใช้แรงบิด
ถัดไป ระยะห่างระหว่างแกนหมุนและแรงกระทำเรียกว่าแขนก้านโยก การพิจารณาคันโยกอาจเป็นเรื่องยากเพราะเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่จะมีคันโยกหลายแขน แต่มีเพียงหนึ่งคันที่ถูกต้องเท่านั้น
สุดท้าย แนวการกระทำคือเส้นจินตภาพที่สามารถขยายจากแรงที่ใช้เพื่อกำหนดแขนก้านบังคับ
ตัวอย่างการคำนวณแรงบิด
วิธีที่ดีที่สุดในการเริ่มโจทย์ฟิสิกส์ส่วนใหญ่คือการวาดภาพสถานการณ์ บางครั้งรูปภาพนั้นถูกอธิบายว่าเป็นแผนภาพร่างกายอิสระ (FBD) โดยที่วัตถุซึ่ง แรงกระทำถูกดึง และแรงถูกดึงเหมือนลูกศรพร้อมทิศทางและขนาด ติดฉลาก ข้อมูลสำคัญอื่นๆ ที่จะเพิ่มไปยัง FBD ของคุณคือแกนพิกัดและแกนของการหมุน
สำหรับการแก้ปัญหาแรงบิดสุทธิ แผนภาพร่างกายอิสระที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญ
ขั้นตอนที่ 1: วาด FBD และใส่แกนพิกัด ป้ายกำกับแกนหมุน
ขั้นตอนที่ 2: ดึงแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกาย โดยใช้ข้อมูลที่ให้เพื่อวางแรงที่สัมพันธ์กับแกนหมุนอย่างแม่นยำ
ขั้นตอนที่ 3: กำหนดคันโยก (ซึ่งน่าจะระบุในปัญหา) ให้ขยายแนวปฏิบัติจาก แรงในลักษณะที่แขนคันโยกสามารถลากผ่านแกนของการหมุนและตั้งฉากกับ บังคับ.
ขั้นตอนที่ 4: ข้อมูลจากปัญหาอาจให้ข้อมูลเกี่ยวกับมุมระหว่างแขนก้านบังคับกับแรง เพื่อให้สามารถคำนวณการมีส่วนร่วมของแรงบิดได้:
\tau_i=r_iF_i\sin{\theta_i}
ขั้นตอนที่ 5: เพิ่มการมีส่วนร่วมจากแรง N แต่ละตัวเพื่อกำหนดแรงบิดสุทธิ