Rotacija okoli osi ali točke različnih predmetov je ena izmed pomembnih vrst gibanja v tehniki in naravi, ki se preučuje v okviru fizike. Dinamika vrtenja v nasprotju z dinamiko linearnega gibanja deluje s konceptom momenta ene ali druge fizikalne količine. Ta članek je posvečen vprašanju, kaj je moment sil.
Koncept momenta sile
Vsak kolesar je vsaj enkrat v življenju ročno zavrtel kolo svojega "železnega konja". Če opisano dejanje izvedete tako, da pnevmatiko držite z roko, potem je kolo veliko lažje zavrteti, kot če držite napere bližje osi vrtenja. To preprosto dejanje je v fiziki opisano kot moment sile ali navora.
Kaj je moment sile? Na to vprašanje lahko odgovorite, če si predstavljate sistem, ki se lahko vrti okoli osi O. Če se v neki točki P na sistem uporabi vektor sile F¯, bo trenutek delujoče sile F¯ enak:
M¯=[OP¯F¯].
To pomeni, da je trenutek M¯ vektorska količina, enaka zmnožku vektorske sile F¯ in vektorja polmera OP¯.
Napisana formula nam omogoča, da opazimo pomembno dejstvo: če zunanja sila F¯ deluje pod katerim koli kotom na katero koli točko rotacijske osi, potem ne ustvari trenutka.
Absolutna vrednost momenta sile
V prejšnjem odstavku smo obravnavali definicijo, kaj je moment sile okoli osi. Zdaj pa poglejmo spodnjo sliko.
Tu je palica z dolžino L. Po eni strani je pritrjena skozi zgibni spoj na navpični steni. Drugi konec palice je prost. Na ta konec deluje sila F¯. Poznan je tudi kot med palico in vektorjem sile. Enako je φ.
Navor je določen z vektorskim produktom. Modul takega produkta je enak zmnožku absolutnih vrednosti vektorjev in sinusa kota med njimi. Z uporabo trigonometričnih formul pridemo do naslednje enakosti:
M=LFsin(φ).
Če se spet sklicujemo na zgornjo sliko, lahko to enakost prepišemo v naslednji obliki:
M=dF, kjer je d=Lsin(φ).
Vrednost d, ki je enaka razdalji od vektorja sile do osi vrtenja, se imenuje vzvod sile. Večja kot je vrednost d, večji trenutek bo ustvarila sila F.
Smer momenta sile in njen znak
Preučevanje vprašanja, kaj jemoment sile ne more biti popoln, če ne upoštevamo njegove vektorske narave. Če se spomnimo lastnosti navzkrižnega produkta, lahko z zaupanjem rečemo, da bo moment sile pravokoten na ravnino, zgrajeno na multiplikatorskih vektorjih.
Posebna smer M¯ je edinstveno določena z uporabo tako imenovanega pravila gimleta. Sliši se preprosto: z vrtenjem vrtača v smeri krožnega gibanja sistema se smer momenta sile določi s translacijskim gibanjem vrtača.
Če pogledate vrteči se sistem vzdolž njegove osi, je vektor momenta sile, ki deluje na točko, lahko usmerjen tako proti bralcu kot stran od njega. V zvezi s tem se pri kvantitativnih izračunih uporablja koncept pozitivnega ali negativnega trenutka. V fiziki je običajno pozitiven šteti moment sile, ki vodi do vrtenja sistema v nasprotni smeri urinega kazalca.
Kaj pomeni M¯?
Pomeni fizični pomen. Dejansko je v mehaniki linearnega gibanja znano, da je sila merilo zmožnosti dajanja linearnega pospeška telesu. Po analogiji je moment sile točke merilo zmožnosti sporočanja kotnega pospeška sistema. Trenutek sile je vzrok kotnega pospeška in je premosorazmeren z njim.
Različne možnosti zasuka ali zasuka je enostavno razumeti, če se spomnite, da se vrata lažje odprejo, če jih potisnete stran od tečajev vrat, torej v predelu . Še en primer: vsak bolj ali manj težak predmet je lažje držati, če roko pritisnete na telo, kot pa ga držati na dosegu roke. Končno je odvijanje matice lažje, če uporabite dolg ključ. V zgornjih primerih se moment sile spremeni z zmanjšanjem ali povečanjem vzvoda sile.
Tukaj je primerno podati analogijo filozofske narave, pri čemer vzamemo za primer knjigo Eckharta Tolleja "Moč sedanjega". Knjiga spada v psihološki žanr in vas nauči živeti brez stresa v trenutku svojega življenja. Samo trenutni trenutek ima pomen, le med njim se izvajajo vsa dejanja. Glede na poimenovano idejo knjige "Sila trenutka zdaj" lahko rečemo, da navor v fiziki pospešuje ali upočasni vrtenje v trenutnem trenutku. Zato ima enačba glavnega momenta naslednjo obliko:
dL=Mdt.
Kjer je dL sprememba kotne količine v neskončno majhnem časovnem intervalu dt.
Pomen koncepta momenta sile za statiko
Mnogi ljudje poznajo naloge, ki vključujejo različne vrste vzvodov. Pri skoraj vseh teh problemih statike je treba najti pogoje za ravnotežje sistema. Najlažji način za iskanje teh pogojev je uporaba koncepta momenta sile.
Če se sistem ne premika in je v ravnotežju, mora biti vsota vseh momentov sil okoli osi, točke ali izbrane podpore enaka nič, to je:
∑i=1Mi¯=0.
Kjer je n število delujočih sil.
Ne pozabite, da je treba absolutne vrednosti trenutkov Mi nadomestiti v zgornjo enačbo zglede na njihov znak. Reakcijska sila nosilca, ki se šteje za os vrtenja, ne ustvarja navora. Spodaj je videoposnetek, ki pojasnjuje temo tega odstavka članka.
Moment sile in njegovo delo
Številni bralci so opazili, da se moment sile izračuna v newtonih na meter. To pomeni, da ima enako dimenzijo kot delo ali energija v fiziki. Vendar pa je koncept momenta sile vektorska količina, ne skalarna, zato trenutka M¯ ni mogoče šteti za delo. Vendar pa lahko opravi delo, ki se izračuna po naslednji formuli:
A=Mθ.
Kjer je θ osrednji kot v radianih, ki ga je sistem zavrtel v znanem času t.
