11.1
Betrachten Sie eine Töpferscheibe. Wenn eine Kraft auf den Rand der Scheibe ausgeübt wird, weg von der Mitte, dreht sich die Töpferscheibe leicht. Es zeigt, dass zum einfachen Drehen eines Objekts die Kraft in einem Abstand von der Rotationsachse ausgeübt werden sollte.
Der Verschiebevektor von der Rotationsachse zum Angriffspunkt der Kraft wird als Hebelarm bezeichnet.
Das Drehmoment ist das Kreuzprodukt aus diesem Hebelarm und der aufgewendeten Kraft. Daher steht er sowohl zur Kraft als auch zum Hebelarm senkrecht.
Steht ein Kraftvektor in einem Winkel θ zum Lagevektor, so wird die Größe des Drehmoments mit der Komponente der Kraft senkrecht zum Hebelarm berechnet, die dann gleich rFsinθ ist.
Wenn sich die Finger der rechten Hand in Richtung der Drehung des Objekts krümmen, zeigt der Daumen die Richtung des Drehmoments an.
Herkömmlicherweise ist das Drehmoment positiv, wenn das Objekt gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn sich das Objekt im Uhrzeigersinn dreht, wird das Drehmoment als negativ angesehen.
Drehmoment ist eine wichtige Größe zur Beschreibung der Dynamik eines rotierenden starren Körpers. Wir sehen die Anwendung von Drehmoment auf vielfältige Weise in der Welt, zum Beispiel wenn wir das Gaspedal in einem Auto betätigen, wodurch der Motor zusätzliches Drehmoment auf den Antriebsstrang ausübt. Hier definieren wir Drehmoment und stellen einen Rahmen bereit, um eine Gleichung zur Berechnung des Drehmoments für einen starren Körper mit Drehung um eine feste Achse zu erstellen.
Drehmoment kann als das rotatorische Pendant zur Kraft betrachtet werden. Da Kräfte die translatorische Bewegung von Objekten verändern, muss das rotatorische Pendant im Zusammenhang mit der Änderung der rotatorischen Bewegung eines Objekts um eine Achse stehen. Wir nennen dieses rotatorische Pendant Drehmoment.
Im täglichen Leben drehen wir ständig Objekte um eine Achse, daher wissen wir intuitiv bereits viel über Drehmoment. Denken Sie zum Beispiel daran, wie wir eine Tür drehen, um sie zu öffnen.
Der erste Punkt bedeutet, dass je weiter die Kraft von der Drehachse entfernt angewendet wird, desto größer ist die Winkelbeschleunigung; der zweite Punkt bedeutet, dass die Wirksamkeit vom Winkel abhängt, unter dem die Kraft angewendet wird; der dritte Punkt bedeutet, dass die Größe der Kraft ebenfalls Teil der Gleichung sein muss. Beachten Sie, dass für eine Drehung in einer Ebene Drehmoment zwei mögliche Richtungen hat; das Drehmoment ist positiv, wenn die Drehung gegen den Uhrzeigersinn erfolgt, und negativ, wenn die Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt.
Dieser Text ist angepasst von Openstax, University Physics Volume 1, Abschnitt 10.6: Drehmoment.
Betrachten Sie eine Töpferscheibe. Wenn eine Kraft auf den Rand der Scheibe ausgeübt wird, weg von der Mitte, dreht sich die Töpferscheibe leicht. Es zeigt, dass zum einfachen Drehen eines Objekts die Kraft in einem Abstand von der Rotationsachse ausgeübt werden sollte.
Der Verschiebevektor von der Rotationsachse zum Angriffspunkt der Kraft wird als Hebelarm bezeichnet.
Das Drehmoment ist das Kreuzprodukt aus diesem Hebelarm und der aufgewendeten Kraft. Daher steht er sowohl zur Kraft als auch zum Hebelarm senkrecht.
Steht ein Kraftvektor in einem Winkel θ zum Lagevektor, so wird die Größe des Drehmoments mit der Komponente der Kraft senkrecht zum Hebelarm berechnet, die dann gleich rFsinθ ist.
Wenn sich die Finger der rechten Hand in Richtung der Drehung des Objekts krümmen, zeigt der Daumen die Richtung des Drehmoments an.
Herkömmlicherweise ist das Drehmoment positiv, wenn das Objekt gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn sich das Objekt im Uhrzeigersinn dreht, wird das Drehmoment als negativ angesehen.
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