Что такое момент силы
|
Момент силы - произведение прилагаемой силы F на плечо силы L
M = F·L |
Единицы измерения момента силы:
- СИ - Н·м
- СГС - дин·см
С вращателным движением объектов неразрывно связано понятие приложения момента силы.
Наверняка, многие знают жизненную аксиому - чем длиннее рычаг, тем легче сдвинуть груз. Если переложить этот процесс на язык физики, то можно сказать, что применение силы с помощью рычага характеризуется моментом силы.
Для уравновешивания весов-качелей, изображенных на рисунке, важна не только величина прикладываемой силы, но и место, где она приложена. Расстояние от точки приложения силы до точки вращения называется плечом силы.
Никогда не задумывались над вопросом, почему нельзя открыть дверь, если толкать ее в месте крепления (у петель)?
Предположим, что перед нами стоит задача открыть дверь шириной 1 метр при помощи силы в 100 Н. Силу будем прикладывать в трех местах:
- F1 - возле петель (L=0);
- F2 - посредине двери (L2=0,5 м);
- F3 - у края двери (L3 = 1 м).
В первом случае, поскольку плечо силы равно нулю, произведение этого плеча на силу любой величины даст нулевой момент силы (поэтому, дверь нельзя открыть, толкая ее у петель).
Во втором случае:
M = F·L = 100·0,5 = 50 Н·м
Во третьем случае:
M = F·L = 100·1 = 100 Н·м
Из сказанного выше можно сделать вывод, что увеличение в два раза длины плеча при одной и той же прикладываемой силе дает такое же увеличение момента силы (проигрываем в расстоянии - выигрываем в силе, и наоборот: выигрываем в расстоянии - проигрываем в силе).
Рассмотрим вариант, когда сила прикладывается под углом.
Как в таком случае вычислить необходимый момент силы для открытия дверей, ведь определить плечо сил, как это было раньше, не получится.
Чтобы решить поставленную задачу, необходимо руководствоваться правилом: плечом силы называется длина перпендикуляра, опущенного из предполагаемой точки вращения на прямую, относительно которой действует сила.
Для определения плеча силы необходимо продлить линию, вдоль которой действует сила, а потом опустить на нее перпендикуляр из точки вращения. Получился прямоугольный треугольник, используя тригонометрические функции, можно найти искомое плечо силы: L·sinΘ
Предположим, что сила приложена под углом Θ = 45°
M = F·L·sinΘ = 100·1·sin45° = 70 Н·м
Исходя из вышесказанного, становится понятным, что открыть дверь не удастся, если приложить силу с углом Θ = 0°, т.е., параллельно двери (в ее торец). Дело в том, что у такой силы нет проекции, которая бы могла вызвать вращательное движение (говорят, что у такой силы нет ненулевого плеча для создания вращательного момента силы).
Момент силы является векторной величиной. Направление действия момента силы вычисляется по правилу правой руки (аналогично определению направления вектора угловой скорости).Правило правой руки: если ладонью правой руки охватить ось вращения, таким образом, чтобы пальцы руки совпадали с направлением приложенной силы, то, вытянутый большой палец будет указывать направление вектора момента силы.
