Moment d'une force

Le couple est la force sous-jacente qui régit la rotation et est utile pour décrire le fonctionnement des machines simples et complexes.

Tout comme comment une force nette provoque une accélération linéaire un dans un système de translation, un couple net, généralement représenté par la lettre grecque t, est une force qui provoque accélération angulaire a dans un système de rotation.

Toutefois, si plusieurs couples agissant sur un système pour équilibrer un l’autre, puis le couple net sera de zéro, et le système sera en équilibre.

Le but de cette vidéo est de comprendre les composantes du couple en plaçant des masses à des positions différentes sur une poutre pivote librement pour atteindre l’équilibre de rotation.

Avant d’utiliser les poids à une poutre, nous allons revenir sur les notions de couple et équilibre de rotation. Un bon exemple de couple est quand vous avez une crevaison et d’utiliser une clé pour desserrer un écrou avant que vous pouvez le changer.

Couple de serrage est défini comme le produit vectoriel de la force et la distance r de l’axe de rotation au cours de laquelle la force est appliquée. Cette distance est aussi appelée le bras de levier. Notez que seule la composante perpendiculaire de la force, trouvée en utilisant le péché de la theta angle entre la force et le bras de rotation, contribue à la grandeur du couple.

Il est évident d’après l’équation qu’en déplaçant la force appliquée au milieu de la clé à la fin, vous double-cliquez le bras de levier et donc double-cliquez le couple utilisé pour desserrer l’écrou. Si l’écrou ne bouge toujours pas, vous devrez peut-être trouver un moyen augmenter la force perpendiculaire.

Considérons maintenant un autre système, où un poids de masse m est attaché à une poutre qui peut tourner. Connaître la relation entre l’accélération linéaire et angulaire et en multipliant les deux côtés de l’équation par r, donnent une nouvelle définition pour le couple. Maintenant, mr2 n’est rien, mais inertie de rotation je du système et cette équation du couple représente l’équivalent de rotation de la seconde loi de Newton, où un couple peut faire accélération angulaire. S’il vous plaît regarder vidéo de sciences de l’éducation de Jupiter sur l’inertie de rotation pour plus amples renseignements à ce sujet.

Maintenant, si le faisceau est nivelé et le poids est supprimé, il n’y a aucun couple net sur le système et donc l’accélération angulaire doit aussi être zéro. Par conséquent, le système au repos ne tournera pas et est censé être en équilibre de rotation. Pour plus d’informations sur ce concept, s’il vous plaît voir la vidéo sur l’équilibre et les diagrammes de corps libre.

Équilibre de rotation peut être obtenue en positionnant correctement les poids sur les côtés opposés de l’axe de rotation, afin qu’ils s’opposent également à un autre. Conventionnellement, par rapport à l’axe de rotation, le couple est positive pour une rotation dans le sens anti-horaire et négatif pour la rotation dans le sens horaire.

Maintenant que vous comprenez comment le couple peut affecter un système de rotation, nous allons voir comment appliquer ces forces pour atteindre l’équilibre. Cette expérience est constitué d’une poutre avec également espacés crochets pour attacher des poids, un rapporteur d’angles, une échelle de force et le poids de nombreux avec des masses de 100 g et 200 g.

Au départ, deux poids servent à établir l’équilibre rotation avec un poids de 200 g, relié au premier crochet à droite. Reliant un autre poids de 200 g pour le premier crochet gauche devrait empêcher le faisceau de tourner. Enlever le poids du côté gauche et placez un poids de 100 g dans la bonne position pour équilibrer le couple du côté droit.

Ensuite, trois poids sont utilisés pour équilibrer le couple de démarrage avec des poids de 100 g sur les deux crochets les premiers et le troisième sur la droite. Positionner un poids de 200 g sur le côté gauche pour que le couple net sur le système est égale à zéro. Ensuite, Retirez le poids et un poids de 100 g permet de rétablir l’équilibre.

Par la suite, poids multiples sont utilisés pour équilibrer la poutre d’un poids de 200 g connecté au quatrième crochet à droite. À l’aide de n’importe quelle combinaison de 100 g et le poids de 200 g, déterminer trois configurations sur le côté gauche qui peut atteindre équilibre de rotation.

Ensuite, avec le poids de 200 g toujours connecté au crochet quatrième sur la droite, calculer la force nécessaire pour équilibrer le couple pour chacun des crochets sur la gauche. Fixez l’échelle de force sur le premier crochet à gauche, en vous assurant qu’elle soit perpendiculaire à la poutre et tirez-le vers le bas jusqu'à ce que le faisceau est de niveau et enregistrement de valeur de la force. Répétez cette procédure pour chaque crochet à gauche.

Enfin, avec le poids de 200 g encore attaché, connectez la balance de la force au crochet du troisième sur la gauche et le niveau de la poutre. Et, à l’aide d’un rapporteur d’angles, laisser le faisceau à pivoter sur la droite de 30 degrés. En s’assurant que l’échelle de la force est perpendiculaire à la poutre, enregistrement la valeur de la force. Augmenter l’angle de rotation de 60 degrés et enregistrer cette valeur de la force.

Chacune des expériences faisceau équilibrée confirme qu’une configuration correcte de poids peut établir l’équilibre où le couple net est zéro. Aucun couple net n’implique qu’aucune accélération angulaire se produit et donc le faisceau ne tourne pas si libérée de repos. Cet équilibre de rotation est particulièrement évident avec les six différentes configurations de 100 et 200 poids g sur le côté gauche, ce qui permet d’équilibrer le poids de 200 g fixé sur le crochet de droite ultrapériphérique.

Dans l’expérience suivante, l’échelle de force autorisée pour une mesure plus continue du couple requis pour l’équilibre. Étant donné l’ampleur de la force est perpendiculaire à la poutre, tout comme le poids, la force FL à l’équilibre pourrait être calculée à l’aide de cette formule. Et ce tableau montre la force calculée pour différents crochets sur le côté gauche avec un poids constant de 200g sur la demi-taille crochet sur le côté droit.

Lorsque le faisceau est tourné par rapport à l’horizontale par un theta angle, qu’une composante de la masse gravitationnelle, donnée par cette formule, contribue au couple. Par conséquent, la force mesurée sera inférieure à la valeur observée pour le faisceau de niveau et va diminuer avec l’augmentation d’angle.

Les principes de base du couple peuvent être précieuses, en essayant de comprendre les systèmes mécaniques tournantes et comment cela peut se traduire à mouvement linéaire.

Une balançoire à bascule illustre parfaitement couple avec personnes générant la force de chaque côté du fulcrum pour créer la rotation. Lorsque les deux ensembles de gens ont comme bras de levier, le plus lourd ensemble de gens va générer plus de couple et l’autre groupe de personnes est levée vers le haut. À l’inverse, afin de soulever le plus lourd ensemble de gens, ils doivent réduire leurs bras du moment en la faisant glisser vers le point d’appui.

Couple du véhicule joue un rôle important dans sa performance, comme il ressort de la deuxième loi de Newton de l’accélération angulaire. Pour les véhicules avec l’inertie même, un couple plus élevé génère une plus grande accélération angulaire, qui est directement proportionnelle à l’accélération linéaire du véhicule. De même, si les deux véhicules ont la même accélération, augmentation du couple accueillir plus d’inertie et donc permettre un véhicule remorquer une charge massive.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE au couple. Vous devez maintenant comprendre les principes du couple et comment il peut être utilisé pour établir l’équilibre de rotation ou de générer l’accélération angulaire. Merci de regarder !