Sisältö
Kuvittele tätä: sinun on avattava pultti puisesta lankusta. Löydät oikean kokoinen jakoavain ja kiinnitä se pulttiin. Jotta avain löysää jakoavainta, sinun on pidettävä kahvasta kiinni ja vedä tai työnnä suuntaan, joka on kohtisuora jakoavaimen kahvaan nähden. Työntäminen jakoavaimen suuntaa pitkin ei anna vääntömomenttia pulttiin, eikä se löysty.
Vääntömomentti on vaikutus, joka lasketaan voimista, jotka vaikuttavat pyörimisliikkeeseen tai aiheuttavat pyörimisen akselin ympäri.
Yleinen vääntömomentti
Kaava vääntömomentin määrittämiseksi τ on t = r × F, missä R on vipuvarsi ja F on voima. Muistaa, R, τja F ovat kaikki vektorimääriä, joten operaatio ei ole skalaarinen kertolasku, vaan vektorien ristitulos. Jos kulma, θ, vipuvarren ja voiman välinen suhde tunnetaan, niin vääntömomentin suuruus voidaan laskea τ = r F sin (θ).
Vakio- tai SI-vääntöyksikkö on Newton-metriä tai Nm.
Nettovääntömomentti tarkoittaa tulokseksi saadun vääntömomentin laskemista n erilaiset avustavat voimat. Täten:
Sigma ^ n_i vec { tau} = Sigma ^ n_i r_i F_i sin ( teeta)
Aivan kuten kinematiikassa, jos vääntömomenttien summa on 0, niin esine on kiertyvässä tasapainossa, eli se ei kiihdy eikä hidastu.
Momenttifysiikan sanasto
Vääntömomenttiyhtälö on täynnä tärkeitä tietoja vääntömomentin muodostumisesta ja nettomomentin laskemisesta. Yhtälön ehtojen ymmärtäminen auttaa sinua suorittamaan yleisen nettomomentin laskennan.
Ensinnäkin, pyörimisakseli on piste, jonka ympäri kierto tapahtuu. Jakoavaimen vääntömomentin tapauksessa pyörimisakseli oli pultin keskipisteen läpi, koska jakoavain pyörii pultin ympäri. Sahan tapauksessa pyörimisakseli on penkin keskikohta, johon tukipiste asetetaan, ja sahan sahan päissä olevat lapset käyttävät vääntömomenttia.
Seuraavaksi pyörimisakselin ja kohdistetun voiman välistä etäisyyttä kutsutaan vipuvarreksi. Vipuvarren määrittäminen voi olla hankalaa, koska se on vektorimäärä, joten potentiaalisesti monia vipuvarsia on, mutta vain yksi oikea.
Viimeiseksi toimintalinja on kuvitteellinen linja, jota voidaan jatkaa kohdistetusta voimasta vipuvarren määrittämiseksi.
Esimerkki vääntömomentin laskemisesta
Paras tapa aloittaa useimmat fysiikan ongelmat on piirtää kuva tilanteesta. Joskus kyseistä kuvaa kuvataan vapaan kehon kaaviona (FBD), jossa piirretään kohde, johon voimat vaikuttavat, ja voimat piirretään nuolena, joiden suunta ja suuruus on merkitty. Muita tärkeitä lisätietoja FBD: hen on koordinaattiakselit ja pyörimisakseli.
Nettovääntömomentin ratkaisemiseksi tarkka vapaa runkokaavio on kriittinen.
Vaihe 1: Piirrä FBD ja sisällytä koordinaattiakselit. Merkitse kiertoakseli.
Vaihe 2: Piirrä kaikki vartaloon vaikuttavat voimat käyttämällä annettuja tietoja kohdistaaksesi voimat tarkasti pyörimisakseliin nähden.
Vaihe 3: Vipuvarren (joka todennäköisesti esitetään ongelmassa) määrittämiseksi pidennä toimintaviivaa voimasta siten, että vipuvarsi voidaan vetää pyörimisakselin läpi ja kohtisuorassa voimaa vastaan.
Vaihe 4: Ongelmasta saadut tiedot voivat antaa tietoja vipuvarren ja voiman välisestä kulmasta siten, että vääntömomentin vaikutus voidaan laskea: τminä = rminä Fminä sin (θminä).
Vaihe 5: lasketaan yhteen kunkin N voiman panos, jotta määritetään nettovääntömomentti.