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Esfuerzo de torsión

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Torque es la fuerza subyacente que gobierna la rotación y es útil para describir el funcionamiento de máquinas simples y complejas.

Igual que cómo una fuerza neta causa aceleración linear un en un sistema de traslación, un esfuerzo de torsión neto, típicamente representado por la letra griega t, es una fuerza que provoca la aceleración angular un en un sistema rotacional.

Sin embargo, si se realizan múltiples pares que actúan sobre un sistema para equilibrar uno con el otro, entonces el esfuerzo de torsión neto será cero y el sistema estará en equilibrio.

El objetivo de este video es entender los componentes del par mediante la colocación de pesos en diferentes posiciones en un haz giratorio libremente para alcanzar el equilibrio rotacional.

Antes de usar pesas para equilibrar un haz de luz, vamos a revisar los conceptos de esfuerzo de torsión y equilibrio rotacional. Un buen ejemplo del esfuerzo de torsión es cuando tienes una rueda pinchada y tiene que utilizar una llave para aflojar una tuerca antes de que se puede cambiar.

Esfuerzo de torsión se define como el producto Cruz de la fuerza y la distancia r del eje de rotación en el cual se aplica la fuerza. Esta distancia también es llamada el brazo de palanca. Tenga en cuenta que sólo el componente perpendicular de la fuerza, usando el pecado del theta del ángulo entre la fuerza y el brazo de la rotación, contribuye a la magnitud del esfuerzo de torsión.

Es evidente a partir de la ecuación que al mover la fuerza aplicada desde el centro de la llave hasta el final, doble el brazo de palanca y así duplicar el esfuerzo de torsión se utiliza para aflojar la tuerca. Si la tuerca todavía no se mueve, puede que necesite averiguar cómo aumentar la fuerza perpendicular.

Ahora consideremos otro sistema, donde un peso de masa m se une a un rayo que puede girar. Conocer la relación entre la aceleración lineal y angular y multiplicando ambos lados de la ecuación por r, dan una nueva definición de esfuerzo de torsión. Ahora, mr2 es nada pero rotacional de la inercia el sistema y esta ecuación del par representa el equivalente rotacional de la segunda ley de Newton, donde un par de apriete puede provocar aceleración angular. Por favor ver video de Ciencias de la educación de Zeus en la inercia rotacional para más información sobre este tema.

Ahora, si la viga está nivelada y se quita el peso, no hay ningún esfuerzo de torsión neto en el sistema y por lo tanto la aceleración angular también debe ser cero. Por lo tanto, el sistema en reposo no girará y se dice que en equilibrio rotacional. Para obtener más información sobre este concepto, por favor vea el video en equilibrio y diagramas de cuerpo libre.

Equilibrio de rotación puede establecerse también colocando correctamente los pesos en los lados opuestos del eje de rotación, por lo que igualmente se oponen uno al otro. Convencionalmente, con respecto al eje de rotación, par es positivo para la rotación en sentido antihorario y negativo para la rotación en sentido horario.

Ahora que usted entiende cómo par puede afectar un sistema de rotación, vamos a ver cómo se aplican estas fuerzas para alcanzar el equilibrio. Este experimento consiste en una viga con igualmente espaciados ganchos para colocar pesos, un transportador, una escala de fuerza y numerosos pesos con masas de 100 g y 200 g.

Inicialmente, dos pesos se utilizan para establecer equilibrio rotatorio con un peso de 200 g conectado al primer gancho a la derecha. Conectarse otro 200 g de peso el primer gancho a la izquierda debe evitar que la viga gire. Retire el peso de la izquierda y colocar un peso de 100 g en la posición adecuada para equilibrar el par de la derecha.

A continuación, tres pesos se utilizan para equilibrar el esfuerzo de torsión a partir de pesas de 100 g en los ganchos de primeros y la terceros a la derecha. Colocar correctamente un peso de 200 g en el lado izquierdo para que el esfuerzo de torsión neto en el sistema es cero. A continuación, retirar el peso y usar un peso de 100 g para restablecer el equilibrio.

Posteriormente, se emplean varios pesos para equilibrar la viga con un peso de 200 g conectado al gancho de cuarto a la derecha. Usando cualquier combinación de pesos de 200 g y 100 g, determinar tres configuraciones del lado izquierdo que puede alcanzar el equilibrio rotacional.

A continuación, con el peso de 200 g todavía conectado al gancho de cuarto a la derecha, calcular la fuerza necesaria para equilibrar el par para cada uno de los ganchos de la izquierda. Coloque la escala de la fuerza en el primer gancho a la izquierda, asegurándose de que quede perpendicular a la viga y tire hacia abajo hasta que el rayo es el nivel y registro de valor de la fuerza. Repita este procedimiento para cada gancho a la izquierda.

Por último, con el peso de 200 g colocado, conecte la escala de fuerza al tercer gancho a la izquierda y el nivel de la viga. Y, utilizando un transportador de la viga girar a la derecha de 30 grados. Asegurándose de que la escala de la fuerza es perpendicular a la viga, registro el valor de la fuerza. Aumentar el ángulo de rotación de 60 grados y registre este valor de la fuerza.

Cada uno de los experimentos de viga equilibrada confirma que una adecuada configuración de pesos puede establecer equilibrio donde el par neto es cero. No hay esfuerzo de torsión neto implica que no hay aceleración angular se produce y por lo tanto la viga no rota si la libertad del resto. Este equilibrio rotacional es particularmente evidente con las seis diferentes configuraciones de 100 y 200 pesos de g en el lado izquierdo, que puede equilibrar el peso de 200 g al gancho de derecha exterior.

En el siguiente experimento, la escala de fuerza permite una medición más continua del par necesario para el equilibrio. Puesto que la escala de la fuerza es perpendicular a la viga, al igual que el peso, la fuerza de FL en el equilibrio podría calcularse mediante esta fórmula. Y esta tabla muestra la fuerza calculada para diferentes anzuelos en el lado izquierdo con un peso de 200g constante en el mayor gancho en el lado derecho.

Cuando la viga se gira respecto a la horizontal por un theta de ángulo, sólo un componente del peso gravitacional, dado por esta fórmula, está contribuyendo al par. En consecuencia, la medida fuerza será menor que el valor observado para el nivel de la viga y disminuye con el aumento de ángulo.

Los principios básicos de torque pueden ser inestimable cuando se trata de comprender sistemas mecánicos giratorios y cómo esto puede traducir a movimiento lineal.

Un sube y baja perfectamente demuestra par con personas generando fuerza a ambos lados de lo fulcrum para crear rotación. Cuando ambos grupos de personas tienen brazos de palanca similar, el mayor conjunto de personas va a generar más esfuerzo de torsión y el otro conjunto de personas se levantarán para arriba. Por el contrario, para levantar el conjunto mayor de personas, debe reducir su brazo de momento deslizando hacia el punto de giro.

Par motor de un vehículo juega un papel significativo en su desempeño, como evidente de la segunda ley de Newton de la aceleración angular. Para los vehículos con la misma inercia, mayor par genera una mayor aceleración angular, que es directamente proporcional a la aceleración lineal del vehículo. Del mismo modo, si los dos vehículos tienen la misma aceleración, par acomodar mayor inercia y por lo tanto, permitir que un vehículo remolcar una carga masiva.

Sólo ha visto introducción de Zeus a torsión. Ahora debe comprender los principios de esfuerzo de torsión y cómo puede utilizarse para establecer el equilibrio rotacional o generar aceleración angular. ¡Gracias por ver!

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