ช่วงเวลาของลักษณะบิดและสูตร, แบบฝึกหัดที่แก้ไข

 ช่วงเวลาที่บิด, แรงบิดหรือโมเมนต์ของแรงคือความสามารถของแรงที่ทำให้เกิดการหมุน นิรุกติศาสตร์จะได้รับชื่อของแรงบิดเป็นรากศัพท์ของคำภาษาอังกฤษ แรงบิด, จากละติน Torquere (Twist).

ช่วงเวลาของแรงบิด (ด้วยความเคารพในบางประเด็น) คือปริมาณทางกายภาพที่เกิดจากการผลิตผลิตภัณฑ์เวกเตอร์ระหว่างเวกเตอร์ตำแหน่งของจุดที่แรงถูกนำไปใช้และแรงที่กระทำ (ตามลำดับที่ระบุ) ช่วงเวลานี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลักสามประการ.

ครั้งแรกขององค์ประกอบเหล่านี้คือขนาดของแรงที่ใช้, ที่สองคือระยะห่างระหว่างจุดที่มันถูกนำไปใช้และจุดด้วยความเคารพซึ่งร่างกายหมุน (เรียกอีกอย่างว่าแขนคัน) และองค์ประกอบที่สามคือมุม การใช้แรงดังกล่าว.

ยิ่งแรงยิ่งหมุนมากเท่าไหร่ เช่นเดียวกันกับแขนโยก: ยิ่งระยะห่างระหว่างจุดที่แรงถูกนำไปใช้กับจุดที่เกี่ยวข้องกับจุดเลี้ยวที่ยิ่งสร้าง.

เหตุผลคือแรงบิดมีความสนใจเป็นพิเศษในการก่อสร้างและอุตสาหกรรมรวมถึงมีอยู่ในการใช้งานที่นับไม่ถ้วนสำหรับบ้านเช่นเมื่อน็อตถูกขันด้วยประแจ.

ดัชนี

• 1 สูตร
  • 1.1 หน่วย
• 2 ลักษณะ
• 3 ส่งผลให้ช่วงเวลาแรงบิด
• 4 การใช้งาน
• แก้ไข 5 แบบฝึกหัด
  • 5.1 การออกกำลังกาย 1
  • 5.2 การออกกำลังกาย 2
• 6 อ้างอิง

สูตร

การแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของโมเมนต์แรงบิดของแรงที่เกี่ยวข้องกับจุด O นั้นได้มาจาก: M = r x F

ในนิพจน์นี้ r คือเวกเตอร์ที่รวมจุด O กับจุด P ของการใช้แรงและ F คือเวกเตอร์ของแรงที่ใช้.

หน่วยวัดของช่วงเวลาคือ N ∙ m ซึ่งแม้ว่าจะเทียบเท่ากับมิติกรกฎาคม (J) มีความหมายแตกต่างกันและไม่ควรสับสน.

ดังนั้นโมดูลแรงบิดใช้ค่าที่กำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

M = r ∙ F ∙ sin α

ในการแสดงออกดังกล่าวαคือมุมระหว่างเวกเตอร์ของแรงและเวกเตอร์ r หรือแขนคัน ถือว่าเป็นแรงบิดที่เป็นบวกถ้าร่างกายหมุนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา; ในทางตรงกันข้ามมันเป็นลบเมื่อมันหมุนตามเข็มนาฬิกา.

หน่วย

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วหน่วยวัดแรงบิดเป็นผลมาจากผลิตภัณฑ์ของแรงหนึ่งหน่วยต่อระยะหนึ่งหน่วย โดยเฉพาะในระบบนานาชาติของหน่วยเมตรนิวตันที่มีสัญลักษณ์เป็น N • m ถูกนำมาใช้.

ในระดับมิตินิวตันเมตรอาจดูเหมือนเทียบเท่ากับเดือนกรกฎาคม; อย่างไรก็ตามไม่ควรใช้กรกฎาคมเพื่อแสดงช่วงเวลา กรกฎาคมเป็นหน่วยวัดผลงานหรือพลังงานที่แตกต่างจากมุมมองแนวคิด.

เช่นเดียวกันกับช่วงเวลาที่บิดเป็นเกลียวมีตัวอักษรแบบเวกเตอร์ซึ่งเป็นทั้งงานสเกลาร์และพลังงาน.

คุณสมบัติ

จากสิ่งที่ได้เห็นมันเกิดขึ้นตามช่วงเวลาของแรงบิดของแรงที่เกี่ยวข้องกับจุดแสดงถึงความสามารถของแรงหรือชุดของแรงในการปรับเปลี่ยนการหมุนของร่างกายดังกล่าวรอบแกนที่ผ่านจุดนั้น.

ดังนั้นช่วงเวลาของแรงบิดสร้างความเร่งเชิงมุมในร่างกายและเป็นขนาดของตัวอักษรเวกเตอร์ (โดยสิ่งที่ถูกกำหนดจากโมดูลที่อยู่และความรู้สึก) ที่มีอยู่ในกลไกที่ถูกส่งมา เพื่อบิดหรือดัด.

แรงบิดจะเป็นศูนย์ถ้าเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์ r มีทิศทางเดียวกันเนื่องจากในกรณีนั้นค่าของบาปαจะเป็นศูนย์.

ส่งผลให้ช่วงเวลาแรงบิด

หากร่างกายใช้แรงกระทำในระนาบเดียวกันแรงบิดที่เกิดขึ้นจากการใช้แรงทั้งหมดนี้ คือผลรวมของช่วงเวลาที่เกิดจากการบิดแต่ละครั้ง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องจริงที่:

M_T = Σ M = M₁ + M_{2 +} M₃ +...

แน่นอนว่ามันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องคำนึงถึงเกณฑ์ของสัญญาณสำหรับช่วงเวลาของแรงบิดตามที่อธิบายไว้ข้างต้น.

การใช้งาน

แรงบิดมีอยู่ในการใช้งานในชีวิตประจำวันเช่นการขันน็อตด้วยประแจหรือการเปิดหรือปิดก๊อกน้ำหรือประตู.

อย่างไรก็ตามแอปพลิเคชันของมันยังไปไกลกว่านั้น แรงบิดยังพบได้ในแกนของเครื่องจักรหรือจากความพยายามในการรับลำแสง ดังนั้นการใช้งานในอุตสาหกรรมและกลไกมีมากมายและหลากหลาย.

การออกกำลังกายที่มีมติ

ด้านล่างนี้เป็นแบบฝึกหัดสองสามข้อเพื่อช่วยให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น.

แบบฝึกหัดที่ 1

กำหนดรูปต่อไปนี้ซึ่งระยะทางระหว่างจุด O และจุด A และ B ตามลำดับคือ 10 ซม. และ 20 ซม.:

a) คำนวณค่าโมดูลัสของแรงบิดที่เกี่ยวข้องกับจุด O หากใช้แรง 20 N ที่จุด A.

b) คำนวณสิ่งที่จะต้องเป็นค่าของแรงที่ใช้ใน B เพื่อให้ได้แรงบิดเท่ากันที่ได้รับในส่วนก่อนหน้า.

ทางออก

ก่อนอื่นจะสะดวกในการส่งข้อมูลไปยังหน่วยของระบบระหว่างประเทศ.

R = 0.1 m

R_B = 0.2 m

a) ในการคำนวณโมดูลแรงบิดเราใช้สูตรต่อไปนี้:

M = r ∙ F ∙ sin α = 0.1 ∙ 20 ∙ 1 = 2 N ∙ m

b) เพื่อกำหนดกำลังที่ร้องขอให้ดำเนินการในลักษณะเดียวกัน:

M = r ∙ F ∙ sin α = 0.2 ∙ F ∙ 1 = 2 N ∙ m

การล้าง F คุณจะได้รับ:

F = 10 N

แบบฝึกหัดที่ 2

ผู้หญิงคนหนึ่งกำลัง 20 นิวตันที่ปลายประแจยาว 30 ซม. หากมุมของแรงที่มีด้ามจับของกุญแจคือ 30 °แรงบิดของน็อตคืออะไร?

ทางออก

มีการใช้สูตรต่อไปนี้และดำเนินการดังต่อไปนี้:

M = r ∙ F ∙ sin α = 0.3 ∙ 20 ∙ 0.5 = 3 N ∙ m

การอ้างอิง

1. ช่วงเวลาแห่งความแข็งแกร่ง ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม 2018 จาก es.wikipedia.org.
2. แรงบิด ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. Serway, R.A. และ Jewett, Jr. J.W. (2003) ฟิสิกส์สำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร 6th เอ็ดบรูคส์โคล.
4. Marion, Jerry B. (1996) พลศาสตร์คลาสสิคของอนุภาคและระบบ บาร์เซโลนา: Ed. Reverté.
5. Kleppner, Daniel; Kolenkow, Robert (1973) กลศาสตร์เบื้องต้น. McGraw-Hill.