Rotasjon rundt en akse eller et punkt av ulike objekter er en av de viktige bevegelsestypene i teknologi og i naturen, som studeres i løpet av fysikk. Rotasjonsdynamikken, i motsetning til dynamikken til lineær bevegelse, opererer med begrepet momentet til en eller annen fysisk mengde. Denne artikkelen er viet spørsmålet om hva som er kreftenes øyeblikk.
Konseptet med kraftmoment
Hver syklist minst én gang i livet snurret rattet på sin "jernhest" for hånd. Hvis den beskrevne handlingen utføres ved å holde dekket med hånden, er det mye lettere å snurre hjulet enn ved å holde eikene nærmere rotasjonsaksen. Denne enkle handlingen beskrives i fysikk som et øyeblikk med kraft eller dreiemoment.
Hva er et kraftmoment? Du kan svare på dette spørsmålet hvis du ser for deg et system som kan rotere rundt aksen O. Hvis på et tidspunkt P en kraftvektor F¯ påføres systemet, vil momentet til den virkekraften F¯ være lik:
M¯=[OP¯F¯].
Det vil si at øyeblikket M¯ er en vektormengde lik produktet av vektorkraften F¯ og radiusvektoren OP¯.
Den skrevne formelen lar oss merke oss et viktig faktum: Hvis en ekstern kraft F¯ påføres i en hvilken som helst vinkel til et punkt på rotasjonsaksen, skaper den ikke et øyeblikk.
Absolutt verdi av kraftmoment
I forrige avsnitt tok vi for oss definisjonen av hva som er kraftmomentet rundt aksen. La oss nå se på bildet nedenfor.
Her er en stang med lengde L. På den ene siden festes den gjennom en hengslet skjøt på en vertikal vegg. Den andre enden av stangen er fri. En kraft F¯ virker på denne enden. Vinkelen mellom stangen og kraftvektoren er også kjent. Den er lik φ.
Dreiemomentet bestemmes gjennom vektorproduktet. Modulen til et slikt produkt er lik produktet av de absolutte verdiene til vektorene og sinusen til vinkelen mellom dem. Ved å bruke trigonometriske formler kommer vi frem til følgende likhet:
M=LFsin(φ).
Med henvisning igjen til figuren ovenfor, kan vi omskrive denne likheten i følgende form:
M=dF, hvor d=Lsin(φ).
Verdien d, som er lik avstanden fra kraftvektoren til rotasjonsaksen, kalles kraftspaken. Jo større verdi av d, jo større moment vil bli skapt av kraften F.
Retning av kraftmomentet og dets tegn
Studerer spørsmålet om hva som erKraftmomentet kan ikke være fullstendig med mindre dets vektornatur vurderes. Når vi husker egenskapene til kryssproduktet, kan vi med sikkerhet si at kraftmomentet vil være vinkelrett på planet bygget på multiplikatorvektorer.
Den spesifikke retningen til M¯ bestemmes unikt ved å bruke den såk alte gimlet-regelen. Det høres enkelt ut: ved å rotere gimlet i retning av systemets sirkulære bevegelse, bestemmes retningen til kraftmomentet av translasjonsbevegelsen til gimlet.
Hvis du ser på et roterende system langs dets akse, så kan vektoren for kraftmomentet påført et punkt rettes både mot leseren og bort fra ham. I denne forbindelse, i kvantitative beregninger, brukes konseptet med et positivt eller negativt øyeblikk. I fysikk er det vanlig å betrakte positivt kraftmomentet som fører til rotasjon av systemet mot klokken.
Hva er meningen med M¯?
Betyder den fysiske betydningen. Faktisk, i mekanikken til lineær bevegelse, er det kjent at kraft er et mål på evnen til å gi lineær akselerasjon til et legeme. I analogi er kraftmomentet til et punkt et mål på evnen til å kommunisere vinkelakselerasjonen til systemet. Kraftmomentet er årsaken til vinkelakselerasjonen og er direkte proporsjonal med den.
De ulike mulighetene for å foreta en rotasjon eller sving er enkle å forstå hvis du husker at døren åpnes lettere hvis den skyves vekk fra dørhengslene, det vil si i området ved håndtaket. Et annet eksempel: en hvilken som helst mer eller mindre tung gjenstand er lettere å holde hvis du trykker hånden mot kroppen enn å holde den i armlengdes avstand. Til slutt er det lettere å skru av mutteren hvis du bruker en lang skiftenøkkel. I eksemplene ovenfor endres kraftmomentet ved å redusere eller øke kraftspaken.
Her er det på sin plass å gi en analogi av filosofisk karakter, ved å ta som eksempel boken til Eckhart Tolle "The Power of the Now". Boken tilhører den psykologiske sjangeren og lærer deg å leve uten stress i livets øyeblikk. Bare det nåværende øyeblikket har mening, bare under det utføres alle handlinger. Tatt i betraktning den navngitte ideen til boken "The Force of the Moment Now", kan det sies at dreiemomentet i fysikk akselererer eller bremser rotasjonen i det nåværende tidspunktet. Derfor har hovedmomentligningen følgende form:
dL=Mdt.
Hvor dL er endringen i vinkelmomentum over et uendelig lite tidsintervall dt.
Betydningen av konseptet kraftmoment for statikk
Mange er kjent med oppgaver som involverer innflytelse av ulike slag. I nesten alle disse problemene med statikk er det nødvendig å finne betingelsene for systemets likevekt. Den enkleste måten å finne disse forholdene på er å bruke begrepet kraftmoment.
Hvis systemet ikke beveger seg og er i likevekt, må summen av alle kreftmomenter rundt aksen, punktet eller valgt støtte være lik null, det vil si:
∑i=1Mi¯=0.
Hvor n er antallet virkekrefter.
Husk at de absolutte verdiene for øyeblikkene Mi må erstattes i ligningen ovenfor medvurderer deres tegn. Reaksjonskraften til støtten, som regnes som rotasjonsaksen, skaper ikke et dreiemoment. Nedenfor er en video som forklarer emnet for dette avsnittet i artikkelen.
Moment of force and its work
Mange lesere har lagt merke til at kraftmomentet regnes i newton per meter. Dette betyr at den har samme dimensjon som arbeid eller energi i fysikk. Konseptet med et kraftmoment er imidlertid en vektormengde, ikke en skalar, så øyeblikket M¯ kan ikke betraktes som arbeid. Han kan imidlertid gjøre arbeidet, som beregnes ved hjelp av følgende formel:
A=Mθ.
Hvor θ er den sentrale vinkelen i radianer som systemet har rotert i en kjent tid t.
