扭矩

Physics I

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Overview

资料来源:尼古拉斯 · 蒂蒙斯Asantha 库雷博士,物理系 & 天文,物理科学学院,加利福尼亚大学,加利福尼亚州欧文市

本试验主要目的是要了解扭矩的组件,系统达到平衡平衡多个力矩。就像一支部队是如何导致线性加速度,扭矩是导致一个旋转的加速度的力。它被定义为产品力和力的旋转轴的距离。如果在系统上的扭矩的总和等于零,系统不会任何角加速度。

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JoVE Science Education Database. 物理学精要 I. 扭矩. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

扭矩被定义为该产品应用于一些距离从旋转轴力:

Equation 1(方程 1)

Equation 2是所施加的力和Equation 3到旋转轴之间的距离。扭矩力乘以距离单位,所以测量用牛顿米。因为扭矩是一个向量,它有大小和方向。力的方向是垂直于平面由力和距离的组件。可以用一个人的右手确定方向。延长食指的第一个组件的方向。延长中指的第二个组件的方向。一旦做到这一点,扩展拇指的方向是力的方向。一个例子是一把扳手拧紧螺栓。在力的扳手,螺栓,提供扭矩旋转螺栓到位一些距离年底。路程越长, Equation 3 ,较大的扭矩,可以看出从方程 1。要旋转的对象所需要的力可以通过简单的提升力对旋转轴的长度明显减少。

在系统上的扭矩会造成角加速度在该系统上:

Equation 4.(公式 2)

在这里,Equation 5是角加速度和Equation 6是该系统的转动惯量。这是牛顿第二定律,旋转相当于Equation 7,与大量替换的转动惯量和加速度替换角加速度。

本实验将包括一根米尺,是能够自由旋转轴,如图 1所示。

Figure 1
图 1: 实验装置。
权重不同距离时附加从轴的旋转,会在系统造成的扭矩。如果双方力矩平衡时,米尺不能旋转从休息。若要检查扭矩从重量或组合的权重,部队规模可以附加到另一侧。该部队规模读取从规模到旋转轴的距离乘以将等于扭矩由权重。

Procedure

1.利用两个砝码平衡梁。

  1. 开始通过连接一个 200 g 重量到右边的第一次钩。然后,将 200 克重连接到在左边第一洞。如果从休息中释放,梁应不旋转。
  2. 从左侧删除重 200 克。确定使用方程 1 100 g 体重需要必须放从右侧扭矩平衡。重量放置并确认预测。

2.利用三个重量平衡梁。

  1. 连接到右侧的第一次钩重 100 克。在右边第三个钩子上 100 克重量的地方。
  2. 确定放置在左肩,以平衡扭矩位置重 200 克。
  3. 确定放置位置 100 g 重量上左肩,以平衡力矩。

3.利用多个重量平衡梁。

  1. 在右边的第四个挂钩连接重 200 克。
  2. 在左侧使用 100 克和 200 克的重量找到三种方式,在其中可以平衡扭矩从右侧的任意组合。
  3. 200 g 体重仍连接到右侧的第四个钩,连接到左侧的第一次钩的部队规模与拉,直到它处于平衡状态。请务必保留部队规模垂直于梁。记录该部队。为每个挂接在左边做这和记录的值。
  4. 与 200 g 重量仍连接到右侧的第四个钩,使用量角器旋转梁 30 °。三挂钩的左侧和记录力附加力规模。60 ° 的重复。

扭矩是发展的潜在动力,管辖旋转并是有用的描述既简单又复杂的机器的运作。

就像如何净力导致线性加速度平移的系统中,净扭矩,通常由希腊文字母t,是一种力量,导致角加速度转动系统。

然而,如果在系统上多个力矩,以互相平衡,则净扭矩将为零,而系统将处于平衡状态。

这个视频的目标是了解扭矩的组件通过放置在不同的位置上自由旋转梁来实现转动平衡重量。

在使用之前重量平衡梁,让我们重温转矩和转动平衡的概念。扭矩的一个好例子是当你爆胎了,不得不用扳手拧松螺母之前您可以更改它。

扭矩被指跨产品力与距离r从轴的旋转的力。这个距离也叫做杠杆臂。请注意,只力,发现使用力与旋转臂之间的角度 θ 的罪恶中垂直部分有助于磁力矩的大小。

很明显从方程将所施加的力从扳手中间移动到结束,你双杠杆臂和因而双被用来拧松螺母的扭矩。如果螺母仍然不会让步,你可能需要弄清楚如何提高垂直力。

现在考虑另一个系统,质量为m的重物相连可以旋转梁。了解线性和角加速度之间的关系和等式的两边都乘以r,给出了转矩的新定义。现在, mr2没什么,但系统的转动惯量和扭矩此方程表示旋转相当于牛顿第二定律,扭矩造成角加速度的地方。请观看朱庇特的科学教育视频上转动惯量为关于这一问题的进一步信息。

现在,如果梁夷为平地,重量删除,系统上有没有净扭矩,所以角加速度也必须为零。因此,在其他系统不会旋转,据说是在转动平衡。这一概念的更多信息,请观看视频上的平衡及自由体图。

所以,他们同样反对另一个,也可以通过合理地配置权重相对两侧的轴的旋转,建立旋转平衡。传统上,对旋转轴的扭矩是为逆时针方向旋转正负为顺时针旋转。

现在,您了解如何扭矩可以影响旋转系统,让我们看看如何应用这些力量来实现平衡。本实验包括梁的附加重量、 量角器、 部队规模和许多重量 100 克和 200 克的群众与同样间隔挂钩。

最初,两个重量用于连接到右侧的第一次钩 200 克重量与建立转动平衡。在左边的第一个挂钩连接另一个 200 克的重量,应该阻止梁旋转。从左侧取出重量,将 100 克重量放在适当的位置,从右边扭矩平衡。

接下来,三个重量被用来平衡入手,100 克重量在右边第一和第三个钩子上的扭矩。正确的左侧定位 200 g 的重量,使净扭矩系统上的是零。下一步删除重量和使用 100 克重量重新建立平衡。

随后,多个权重采用平衡梁与连接到右侧的第四个钩 200 克重。使用任意组合的 100 克和 200 克的重量,确定三种配置可以实现转动平衡的左手边。

下一步,与 200 克重量仍连接到右侧的第四个钩,计算所需的扭矩平衡每个钩子在左边的力。重视第一钩在左边,确保它垂直于梁,部队规模,并把它拉下来,直到梁水平,并记录强制值。对每个挂接在左边重复此过程。

最后,与 200 克重量仍然连接,连接力规模左侧和水平梁三挂钩。而且,使用量角器,允许的梁向右旋转 30 度。确保部队规模是垂直于梁,力值的记录。增加到 60 度的旋转角度和记录此力值。

每个平衡的梁实验证实了适当配置的权重可以建立零.净扭矩的平衡没有净扭矩意味着没有角加速度发生,因此梁不旋转如果从休息中释放。这旋转的平衡是通过六个不同的配置的左侧,可以平衡附加到右最外侧钩的 200 克重量 100 和 200 g 权重尤为明显。

在接下来的实验中,部队规模允许平衡所需的扭矩更连续测量。由于部队规模是垂直于梁,就像重量,可以使用这个公式.计算力 FL 在平衡此表显示为不同的钩子力计算在左边最外层挂在右边的常数 200 g 体重。

当梁从横向旋转角 θ 时,只有一个组件的引力的重量,按此公式计算得出,贡献扭矩。因此,被测的力将观察水平梁的值小于,随着角度的增加而减小。

扭矩的基本原则是无价的当试图理解旋转机械系统和如何可将它转换到直线运动。

跷跷板完美地展现了与人产生支点两边的力量来创建旋转扭矩。当这两组人有类似杠杆臂时,较重的设置的人们会产生更大的扭矩和另一组的人会被举起来。相反,要想提高了重的人,他们必须减少他们时刻手臂滑向支点。

车辆的扭矩在其性能,作为从牛顿第二定律的角加速度可以明显看出重大的作用。对于车辆相同的惯性,更大的扭矩会生成角加速度越大,这是车辆的线性加速度成正比。同样,如果两辆车有相同的加速度,增加的扭矩将容纳更多的惯性,因此允许车辆拖大量的负载。

你刚看了扭矩的朱庇特的简介。现在,您应该了解的扭矩以及如何用它来建立旋转平衡或生成角加速度的原则。谢谢观赏 !

Results

第 1.2 步: 连接到在左边第二个洞 100 g 体重。

步骤 2.2: 将 200 g 重量连接到在左边第二个洞。

第 2.3 步: 连接到在左边第四洞 100 g 体重。

步骤 3.2: 有六个不同的方式:

1) 200 g-4

2) 200 g-1孔,200 g-3

3) 100 g-2nd孔,200 g-3

4) 100 g-1孔、-2nd孔,100 克-200 克 3

5) 200 g-2nd孔、 100 g-4

6) 100 g-1孔,100 g-3孔,100 g-4

表 1。3.3 和 3.4 的步骤的结果。

钩 #

(N)

强制在 30 °

(N)

强制在 60 °

(N)

1 8 - -
2 4 - -
3 2.7 2.3 1.3
4 2 - -

这些结果证实方程 1所作的预测。每个连接到梁的重量提供系统上的扭矩。权重一方引起转矩在一个方向,而另一边的权重导致扭矩在相反的方向。根据方程 2,当在梁上的力矩之和等于零,梁不会旋转时释放的其余部分。在每个实验的一部分,当梁处于平衡状态,扭矩必须添加为零。

Applications and Summary

正如前面提到的一个简单的应用程序的扭矩利用扳手拧紧螺栓。要记住的重要一点是扭矩有两个组成部分。如果它很难在手拧紧螺栓用的扳手,一名工人有两个选项。他可以应用更多的力量,或者只是得到一个更长的扳手。通常情况下,后者是比较容易的选择。

汽车商业引用一些的扭矩值,时,一个好的主意,要注意。由方程可以看出Equation 4,扭矩是什么使一辆车的轮子加速。更大的扭矩,更多的加速。

在操场上玩跷跷板是扭矩的完美运用。梁绕支点和转矩由坐在两端的人。如果一个人有更多的质量,然后在那边上的扭矩将大和另一边的人必被高举。与他的双腿抬高,对付他的力量,想自杀的人下来,地面上的人提供了扭矩,重量和他反过来举起来。

在这个实验中,考察了扭矩的两个主要组成部分。扭矩是力和力与旋转轴之间的距离的乘积。通过在不同的位置,旋转梁上放置不同的权重,不同数量的扭矩被创造了。更重的重量对应于较大的力,因此较大的扭矩。放置重物从旋转轴的创建更大的杠杆臂,导致较大的扭矩比如果相同重量已接近轴的旋转。当在梁上的总力矩等于零的时候,系统是处于平衡状态。

1.利用两个砝码平衡梁。

  1. 开始通过连接一个 200 g 重量到右边的第一次钩。然后,将 200 克重连接到在左边第一洞。如果从休息中释放,梁应不旋转。
  2. 从左侧删除重 200 克。确定使用方程 1 100 g 体重需要必须放从右侧扭矩平衡。重量放置并确认预测。

2.利用三个重量平衡梁。

  1. 连接到右侧的第一次钩重 100 克。在右边第三个钩子上 100 克重量的地方。
  2. 确定放置在左肩,以平衡扭矩位置重 200 克。
  3. 确定放置位置 100 g 重量上左肩,以平衡力矩。

3.利用多个重量平衡梁。

  1. 在右边的第四个挂钩连接重 200 克。
  2. 在左侧使用 100 克和 200 克的重量找到三种方式,在其中可以平衡扭矩从右侧的任意组合。
  3. 200 g 体重仍连接到右侧的第四个钩,连接到左侧的第一次钩的部队规模与拉,直到它处于平衡状态。请务必保留部队规模垂直于梁。记录该部队。为每个挂接在左边做这和记录的值。
  4. 与 200 g 重量仍连接到右侧的第四个钩,使用量角器旋转梁 30 °。三挂钩的左侧和记录力附加力规模。60 ° 的重复。

扭矩是发展的潜在动力,管辖旋转并是有用的描述既简单又复杂的机器的运作。

就像如何净力导致线性加速度平移的系统中,净扭矩,通常由希腊文字母t,是一种力量,导致角加速度转动系统。

然而,如果在系统上多个力矩,以互相平衡,则净扭矩将为零,而系统将处于平衡状态。

这个视频的目标是了解扭矩的组件通过放置在不同的位置上自由旋转梁来实现转动平衡重量。

在使用之前重量平衡梁,让我们重温转矩和转动平衡的概念。扭矩的一个好例子是当你爆胎了,不得不用扳手拧松螺母之前您可以更改它。

扭矩被指跨产品力与距离r从轴的旋转的力。这个距离也叫做杠杆臂。请注意,只力,发现使用力与旋转臂之间的角度 θ 的罪恶中垂直部分有助于磁力矩的大小。

很明显从方程将所施加的力从扳手中间移动到结束,你双杠杆臂和因而双被用来拧松螺母的扭矩。如果螺母仍然不会让步,你可能需要弄清楚如何提高垂直力。

现在考虑另一个系统,质量为m的重物相连可以旋转梁。了解线性和角加速度之间的关系和等式的两边都乘以r,给出了转矩的新定义。现在, mr2没什么,但系统的转动惯量和扭矩此方程表示旋转相当于牛顿第二定律,扭矩造成角加速度的地方。请观看朱庇特的科学教育视频上转动惯量为关于这一问题的进一步信息。

现在,如果梁夷为平地,重量删除,系统上有没有净扭矩,所以角加速度也必须为零。因此,在其他系统不会旋转,据说是在转动平衡。这一概念的更多信息,请观看视频上的平衡及自由体图。

所以,他们同样反对另一个,也可以通过合理地配置权重相对两侧的轴的旋转,建立旋转平衡。传统上,对旋转轴的扭矩是为逆时针方向旋转正负为顺时针旋转。

现在,您了解如何扭矩可以影响旋转系统,让我们看看如何应用这些力量来实现平衡。本实验包括梁的附加重量、 量角器、 部队规模和许多重量 100 克和 200 克的群众与同样间隔挂钩。

最初,两个重量用于连接到右侧的第一次钩 200 克重量与建立转动平衡。在左边的第一个挂钩连接另一个 200 克的重量,应该阻止梁旋转。从左侧取出重量,将 100 克重量放在适当的位置,从右边扭矩平衡。

接下来,三个重量被用来平衡入手,100 克重量在右边第一和第三个钩子上的扭矩。正确的左侧定位 200 g 的重量,使净扭矩系统上的是零。下一步删除重量和使用 100 克重量重新建立平衡。

随后,多个权重采用平衡梁与连接到右侧的第四个钩 200 克重。使用任意组合的 100 克和 200 克的重量,确定三种配置可以实现转动平衡的左手边。

下一步,与 200 克重量仍连接到右侧的第四个钩,计算所需的扭矩平衡每个钩子在左边的力。重视第一钩在左边,确保它垂直于梁,部队规模,并把它拉下来,直到梁水平,并记录强制值。对每个挂接在左边重复此过程。

最后,与 200 克重量仍然连接,连接力规模左侧和水平梁三挂钩。而且,使用量角器,允许的梁向右旋转 30 度。确保部队规模是垂直于梁,力值的记录。增加到 60 度的旋转角度和记录此力值。

每个平衡的梁实验证实了适当配置的权重可以建立零.净扭矩的平衡没有净扭矩意味着没有角加速度发生,因此梁不旋转如果从休息中释放。这旋转的平衡是通过六个不同的配置的左侧,可以平衡附加到右最外侧钩的 200 克重量 100 和 200 g 权重尤为明显。

在接下来的实验中,部队规模允许平衡所需的扭矩更连续测量。由于部队规模是垂直于梁,就像重量,可以使用这个公式.计算力 FL 在平衡此表显示为不同的钩子力计算在左边最外层挂在右边的常数 200 g 体重。

当梁从横向旋转角 θ 时,只有一个组件的引力的重量,按此公式计算得出,贡献扭矩。因此,被测的力将观察水平梁的值小于,随着角度的增加而减小。

扭矩的基本原则是无价的当试图理解旋转机械系统和如何可将它转换到直线运动。

跷跷板完美地展现了与人产生支点两边的力量来创建旋转扭矩。当这两组人有类似杠杆臂时,较重的设置的人们会产生更大的扭矩和另一组的人会被举起来。相反,要想提高了重的人,他们必须减少他们时刻手臂滑向支点。

车辆的扭矩在其性能,作为从牛顿第二定律的角加速度可以明显看出重大的作用。对于车辆相同的惯性,更大的扭矩会生成角加速度越大,这是车辆的线性加速度成正比。同样,如果两辆车有相同的加速度,增加的扭矩将容纳更多的惯性,因此允许车辆拖大量的负载。

你刚看了扭矩的朱庇特的简介。现在,您应该了解的扭矩以及如何用它来建立旋转平衡或生成角加速度的原则。谢谢观赏 !

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