Dinamik putaran ialah salah satu cabang fizik yang penting. Ia menerangkan sebab-sebab pergerakan badan dalam bulatan mengelilingi paksi tertentu. Salah satu kuantiti penting dalam dinamik putaran ialah momen daya, atau tork. Apakah momen daya? Mari teroka konsep ini dalam artikel ini.
Apakah yang perlu anda ketahui tentang putaran badan?
Sebelum memberikan jawapan kepada soalan apakah momen daya, mari kita mencirikan proses putaran dari sudut geometri fizikal.
Setiap orang secara intuitif membayangkan perkara yang dipertaruhkan. Putaran membayangkan seperti pergerakan jasad di angkasa, apabila semua titiknya bergerak di sepanjang laluan bulat mengelilingi beberapa paksi atau titik.
Tidak seperti pergerakan linear, proses putaran diterangkan oleh ciri fizikal sudut. Antaranya ialah sudut putaran θ, halaju sudut ω dan pecutan sudut α. Nilai θ diukur dalam radian (rad), ω - dalam rad/s, α - dalam rad/s2.
Contoh putaran ialah pergerakan planet kita mengelilingi bintangnya,memutar pemutar enjin, pergerakan roda Ferris dan lain-lain.
Konsep tork
Momen daya ialah kuantiti fizik yang sama dengan hasil vektor vektor jejari r¯, diarahkan dari paksi putaran ke titik penggunaan daya F¯, dan vektor daya ini. Secara matematik, ini ditulis seperti ini:
M¯=[r¯F¯].
Seperti yang anda lihat, momen daya ialah kuantiti vektor. Arahnya ditentukan oleh peraturan gimlet atau tangan kanan. Nilai M¯ diarahkan berserenjang dengan satah putaran.
Dalam amalan, selalunya menjadi perlu untuk mengira nilai mutlak momen M¯. Untuk melakukan ini, gunakan ungkapan berikut:
M=rFsin(φ).
Di mana φ ialah sudut antara vektor r¯ dan F¯. Hasil darab modulus vektor jejari r dan sinus sudut bertanda dipanggil bahu daya d. Yang terakhir ialah jarak antara vektor F¯ dan paksi putaran. Formula di atas boleh ditulis semula sebagai:
M=dF, dengan d=rsin(φ).
Momen daya diukur dalam newton per meter (Nm). Walau bagaimanapun, anda tidak seharusnya menggunakan joule (1 Nm=1 J) kerana M¯ bukan skalar, tetapi vektor.
Makna fizikal M¯
Maksud fizikal momen daya paling mudah difahami dengan contoh berikut:
- Kami mencadangkan untuk melakukan eksperimen berikut: cuba buka pintu,menolaknya berhampiran engsel. Untuk melakukan operasi ini dengan jayanya, anda perlu menggunakan banyak daya. Pada masa yang sama, pemegang mana-mana pintu terbuka dengan mudah. Perbezaan antara dua kes yang diterangkan ialah panjang lengan daya (dalam kes pertama, ia adalah sangat kecil, jadi momen yang dicipta juga akan menjadi kecil dan memerlukan daya yang besar).
- Percubaan lain yang menunjukkan maksud daya kilas adalah seperti berikut: ambil kerusi dan cuba pegang dengan tangan anda dihulurkan ke hadapan dengan berat. Agak sukar untuk melakukan ini. Pada masa yang sama, jika anda menekan tangan anda dengan kerusi ke badan anda, maka tugas itu tidak lagi kelihatan membebankan.
- Semua orang yang terlibat dalam teknologi tahu bahawa adalah lebih mudah untuk membuka nat dengan sepana daripada melakukannya dengan jari anda.
Semua contoh ini menunjukkan satu perkara: momen daya mencerminkan keupayaan yang terakhir untuk memutarkan sistem di sekeliling paksinya. Lebih besar tork, lebih besar kemungkinan ia akan membuat pusingan dalam sistem dan memberikannya pecutan sudut.
Tork dan keseimbangan badan
Statik - bahagian yang mengkaji punca keseimbangan badan. Jika sistem yang dipertimbangkan mempunyai satu atau lebih paksi putaran, maka sistem ini berpotensi melakukan gerakan bulat. Untuk mengelakkan perkara ini daripada berlaku dan sistem berada dalam keadaan rehat, jumlah semua n momen luaran daya relatif kepada mana-mana paksi mestilah sama dengan sifar, iaitu:
∑i=1Mi=0.
Apabila menggunakan inisyarat untuk keseimbangan badan semasa penyelesaian masalah praktikal, perlu diingat bahawa sebarang daya yang cenderung untuk memutarkan sistem mengikut lawan jam mencipta tork positif, dan sebaliknya.
Jelas sekali, jika daya dikenakan pada paksi putaran, maka ia tidak akan mencipta sebarang momen (bahu d bersamaan dengan sifar). Oleh itu, daya tindak balas sokongan tidak pernah mencipta momen daya jika ia dikira secara relatif kepada sokongan ini.
Contoh masalah
Setelah mengetahui cara menentukan momen daya, kami akan menyelesaikan masalah fizikal yang menarik berikut: andaikan terdapat jadual pada dua penyokong. Meja itu panjangnya 1.5 meter dan berat 30 kg. Berat 5 kg diletakkan pada jarak 1/3 dari tepi kanan meja. Adalah perlu untuk mengira daya tindak balas yang akan bertindak pada setiap sokongan meja dengan beban.
Pengiraan masalah hendaklah dijalankan dalam dua peringkat. Pertama, pertimbangkan jadual tanpa beban. Tiga daya bertindak ke atasnya: dua tindak balas sokongan dan berat badan yang sama. Oleh kerana jadual adalah simetri, tindak balas penyokong adalah sama antara satu sama lain dan bersama-sama mengimbangi berat. Nilai setiap tindak balas sokongan ialah:
N0=P / 2=mg / 2=309, 81 / 2=147, 15 N.
Sebaik sahaja beban diletakkan di atas meja, nilai tindak balas penyokong berubah. Untuk mengiranya, kita menggunakan keseimbangan momen. Mula-mula, pertimbangkan detik-detik daya yang bertindak relatif kepada sokongan kiri meja. Terdapat dua detik ini: tindak balas tambahan sokongan yang betul tanpa mengambil kira berat meja dan berat beban itu sendiri. Oleh kerana sistem berada dalam keseimbangan,dapatkan:
ΔN1 l - m1 g2 / 3l=0.
Di sini l ialah panjang meja, m1 ialah berat beban. Daripada ungkapan yang kita dapat:
ΔN1=m1 g2 / 3=2 / 39, 815=32, 7 N.
Dengan cara yang sama, kami mengira tindak balas tambahan pada sokongan kiri jadual. Kami mendapat:
-ΔN2 l + m1 g1/3l=0;
ΔN2=m1 g1 / 3=1 / 359, 81=16, 35 N.
Untuk mengira tindak balas sokongan jadual dengan beban, anda memerlukan nilai ΔN1 dan ΔN2tambah ke N0 , kami dapat:
sokongan kanan: N1=N0+ ΔN1=147, 15 + 32, 7=179, 85 N;
sokongan kiri: N2=N0 + ΔN2=147, 15 + 16, 35=163, 50 N.
Oleh itu, beban di kaki kanan meja akan lebih besar daripada di sebelah kiri.
