Cum se calculează torsiunea

Cea mai bună definiție a torsiunii este definită ca forța de a transforma un obiect pe o axă, punct de susținere sau pivot. Puteți calcula cuplul folosind forța și brațul momentului (distanța perpendiculară de la o axă la linia de acțiune a unei forțe) sau utilizând momentul de inerție și accelerația unghiulară.

pași

Metoda 1
Utilizați puterea și brațul momentului

Imaginea intitulată Calculate Torque Step 1
1
Identificați forțele exercitate asupra corpului și a brațelor sale pentru moment. Dacă forța nu este perpendiculară pe brațul momentului, rețineți că (de exemplu, este plasat într-un unghi) va trebui să găsiți componentele folosind funcții trigonometrice cum ar fi sinus și cosinus.
  • Componenta forței considerate va depinde de echivalentul forței perpendiculare.
  • Imaginați-vă o bară orizontală și va trebui să aplicați o forță de 10 N la un unghi de 30 ° deasupra barei orizontale pentru a roti bara.
  • Deoarece este necesară utilizarea unei forțe care este perpendiculară pe brațul momentului, este necesară o forță verticală pentru a roti bara.
  • Prin urmare, va trebui să luați în considerare componenta y sau să folosiți F = 10 sin30 ° N.
  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 2
    2
    Utilizați ecuația de torsiune, τ = Fr, pentru a înlocui pur și simplu cu datele obținute sau date.
  • Un exemplu simplu este: imaginați-vă un copil de 30 kg așezat pe o parte a balansoarului. Lungimea laturii balansierului este de 1,5 m.
  • Deoarece axa de rotație se află în centrul balanței, nu va trebui să înmulțiți lungimile.
  • Va trebui să determinați forțele exercitate de copil, folosind masa și accelerația.
  • Datele sunt masa care se înmulțește cu accelerația datorată gravitației, g, care este egală cu 9,81 m / s2. Prin urmare:
  • Acum aveți toate datele necesare pentru a utiliza ecuația de torsiune:
  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 3
    3
    Utilizați semnele convenționale (pozitive sau negative) pentru a arăta direcția de torsiune. Când forța se rotește spre corp în direcția acelor de ceasornic, torsiunea este negativă. Când forța se rotește spre corp în sens contrar acelor de ceasornic, torsiunea este pozitivă.
  • Pentru a multiplica forțele aplicate, trebuie doar să rezumați toate torsionările din corp.
  • Deoarece fiecare forță tinde să producă direcții diferite de rotație, folosirea semnelor convenționale este importantă pentru a urmări forțele care acționează în acele direcții.
  • De exemplu, două forțe, F1 = 10,0 N în sensul acelor de ceasornic și F2 = 9,0 N în sens invers acelor de ceasornic, sunt aplicate pe marginea unei roți de 0,050 m.
  • Corpul dat este o circumferință, axa fixă ​​fiind centrul. Va trebui să împărțiți diametrul și să găsiți raza. Măsurarea razei va servi ca braț al momentului. Prin urmare, raza este egală cu 0,025 m.
  • Pentru mai multă claritate, putem rezolva torsiunile individuale produse de forțe.
  • Pentru forța 1, acțiunea este în sensul acelor de ceasornic, astfel încât cuplul produs este negativ:
  • Pentru forța 2, acțiunea este în sens invers acelor de ceasornic, astfel încât cuplul produs este pozitiv:
  • Acum putem rezuma doar torsiunile pentru a obține cuplul net:
  • Metoda 2
    Utilizarea momentului de inerție și accelerație unghiulară

    Imaginea intitulată Calculate Torque Step 4
    1
    Înțelegeți cum funcționează momentul inerției unui corp pentru a începe rezolvarea problemei. Momentul inerției este rezistența unui corp la mișcarea de rotație. Momentul inerției depinde atât de mase, cât și de distribuția masei.
    • Pentru ao înțelege mai clar, imaginați-vă doi cilindri cu același diametru, dar cu mase diferite.
    • Imaginați-vă că va trebui să rotiți cele două cilindri în centrele lor.
    • Evident, cilindrul cu o masă mare va fi mai greu de rotit decât celălalt cilindru, deoarece este mai mult "greu".
    • Acum, imaginați-vă doi cilindri cu diametre diferite, dar cu aceeași masă. Pentru a continua să pară cilindrice cu aceeași masă, dar în același timp să se adapteze diferite diametre, formele sau distribuțiile de masă ale ambelor cilindri vor fi diferite unul de celălalt.
    • Cilindrul cu un diametru mai lung va arăta ca o placă circulară plat, în timp ce un cilindru cu un diametru mai scurt va arăta ca un tub de țesut solid.
    • Cilindrul cu un diametru lung va fi mai greu să se rotească, deoarece o forță mai mare va fi necesară pentru a justifica brațul cel mai lung moment.


  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 5
    2
    Alegeți ce ecuație veți folosi pentru a rezolva momentul inerției. Există o serie de ecuații disponibile pentru a rezolva momentul inerției.
  • Prima este ecuația simplă: sau suma masei și brațelor momentului fiecărei particule.
  • Ecuația este folosită pentru punctele sau particulele ideale. O particulă este un obiect care are o masă, dar nu ocupă spațiu.
  • Cu alte cuvinte, singura caracteristică relevantă a obiectului este masa sa - nu va trebui să cunoașteți dimensiunea, forma sau structura sa.
  • Conceptul de punct de particule este utilizat în mod obișnuit în fizică pentru a simplifica calculele și utilizarea scenariilor teoretice și ideale.
  • Acum, imaginați obiecte, cum ar fi un cilindru gol sau o sferă uniformă și solidă. Aceste obiecte au o formă clară, definită, dimensiune și structură.
  • Prin urmare, nu vă puteți referi la ele ca la o particulă.
  • Din fericire, puteți utiliza ecuațiile disponibile pentru a le aplica la unele dintre aceste obiecte obișnuite:
  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 6
    3
    Rezolvați momentul inerției. Pentru a începe să găsiți torsiunea, va trebui să rezolvați momentul inerției. Utilizați următoarea problemă de exemplu pentru următoarele:
  • Două mase cu greutăți mici de 5,0 kg și 7,0 kg sunt plasate pe o bară de lumină de 4,0 m lungime (se pot lăsa masele). Axa de rotație se află în centrul barei. Bara se rotește de la odihnă la o viteză unghiulară de 30,0 rad / în 3,00 s. Calculați cuplul produs.
  • Deoarece axa de rotație se află în centru, brațul momentului ambelor greutăți este egal cu jumătate din lungimea barei, care este de 2,0 m.
  • Forma, mărimea și structura "greutăți", putem presupune că greutățile sunt particule ideale.
  • Momentul inerției poate fi calculat astfel:
  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 7
    4
    Rezolvați accelerația unghiulară α. Formula α = at / r poate fi utilizată pentru a rezolva accelerația unghiulară
  • Prima formulă, α = at / r, poate fi utilizată dacă accelerația tangențială și raza sunt date.
  • Accelerația tangențială este accelerația care este tangentă la traiectoria de mișcare.
  • Imaginați calea unui obiect de-a lungul căii curbei. Accelerația tangențială este numai accelerația ei liniară în orice punct de-a lungul drumului.
  • Pentru cea de-a doua formulă, cea mai ușoară modalitate de a ilustra aceasta este relaționarea cu cinematica: deplasarea, viteza liniară și accelerația liniară.
  • Decalajul este distanța (unitate SI: m, m) - viteza liniară este variația de deplasare în timp (unitatea SI: m / s) - accelerația lineară este variația vitezei liniare prin timp (unitatea SI: m / s2).
  • Acum, ia în considerare echivalența în mișcarea de rotație, θ, unghiul de rotație al unui anumit punct și linie (unitate SI: rad) - deplasarea unghiulară, ω, variația în timp a deplasării unghiulare (SI unitate: rad / s) - și accelerația unghiulară, α, variația vitezei unghiulare pe unitate de timp (unitate SI: rad / s2).
  • Reveniți la exemplul anterior, sunt date datele pentru momentul și timpul unghiular. Așa cum a pornit de la odihnă, viteza unghiulară este 0. Putem folosi ecuația pentru a rezolva:
  • Imaginea intitulată Calculate Torque Step 8
    5
    Utilizați ecuația, τ = Iα, pentru a găsi torsiunea. Pur și simplu înlocuiește răspunsurile obținute în etapele anterioare.
  • Veți observa că unitatea "rad" nu se adaptează la unități, deoarece este considerată o magnitudine fără dimensiuni.
  • Aceasta înseamnă că puteți sări peste el și continuați calculul.
  • Din motive de analiză dimensională, putem exprima accelerația unghiulară în unitățile s-2.
  • sfaturi

    • În prima metodă, în cazul în care corpul particulei este un cerc, iar axa de rotație este în centru, nu este nevoie de componentele forței (atâta timp cât forța nu este înclinat) deoarece forța picături pe tangenta cercului care este imediat perpendiculară pe brațul momentului.
    • Dacă vi se pare dificil de a vedea modul în care are loc rotația, folosiți un creion și să încerce să recreeze problema, asigurați-vă că pentru a copia locația axei de rotație și direcția forței aplicate pentru o aproximare mai apropiată.
    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit
    Cum de a da lovitura de un centimetruCum de a da lovitura de un centimetru
    Cum de a dezvolta forța în braț pentru baseballCum de a dezvolta forța în braț pentru baseball
    Cum să câștigi în defeated (pulseadas)Cum să câștigi în defeated (pulseadas)
    Cum sa faci o lovitura de flutureCum sa faci o lovitura de fluture
    Cum de a arunca mingea rapid în cricketCum de a arunca mingea rapid în cricket
    Cum de a arunca un baseball mai puternicCum de a arunca un baseball mai puternic
    Cum puteți măsura puterea de prindereCum puteți măsura puterea de prindere
    Cum se calculează lucrareaCum se calculează lucrarea
    Cum se calculează accelerația unghiularăCum se calculează accelerația unghiulară
    Cum se calculează jouleleCum se calculează joulele
    » » Cum se calculează torsiunea

    © 2011—2020 ertare.com