формула, направление, единицы измерения и физический смыл
От Masterweb
31.01.2019 15:00
При изучении динамики в физике большое внимание уделяют рассмотрению законов Ньютона применительно к прямолинейному перемещению тел. Тем не менее вращательное движения также играет важную роль в технике и природе. В данной статье ответим на вопрос, связанный с динамикой вращательного движения, разберемся, что такое момент сил.
О какой величине пойдет речь?
Начнем статью с определения, что такое момент силы. Под ним понимают физическую величину, которая получается, если умножить радиус-вектор на вектор силы. В данном случае речь идет о векторном умножении. Математически момент M¯ записывается так:
M¯ = [r¯*F¯].
Поясним значение каждого множителя в правой части равенства. Радиус-вектор r¯ — это вектор, который направлен от оси вращения к точке приложения внешней силы F¯.
Последняя, собственно, действуя на систему, имеющую ось вращения, заставляет ее совершать вращательные движения.
В соответствии с определением векторного произведения, абсолютное значение момента силы может быть вычислено по такой формуле:
M = r*F*sin(φ).
Здесь φ — это угол между векторами r¯ и F¯. Если рассмотреть с точки зрения геометрии эту ситуацию, то можно записать формулу выше в виде:
M = d*F*, где d = r*sin(φ).
Величина d называется плечом момента или плечом силы. Она равна дистанции между осью вращения и вектором силы F¯. От значения плеча зависит возможность силы создать вращательный момент.
Направление величины M¯
Разобравшись, что такое момент силы в физике, необходимо пояснить, куда он направлен. Как известно, результатом векторного произведения является направленный отрезок, перпендикулярный плоскости, в которой лежат исходные вектора. Например, если речь идет о горизонтальном вращающемся диске на вертикальной оси, то M¯ будет направлен вдоль этой оси.
Вверх или вниз — это уже зависит от направления действующей силы. Определить это можно по правилу правой руки: направляя четыре пальца правой руки по ходу вектора r¯ к вектору F¯, оттопыренный большой палец покажет, куда действует момент силы.
Существует еще один способ определения направления величины M¯. Для этого следует представить, что если смотреть с конца вектора M¯ на приложенную силу, то система должна поворачиваться против часовой стрелки. Если же она поворачивается по часовой стрелки, значит, момент направлен в противоположную сторону.
Во время решения задач полагают, что если сила создает вращение против часовой стрелки, то такой момент считается положительным, и наоборот.
Единицы измерения
Раскрывая вопрос о том, что такое момент силы, следует несколько слов сказать о его единицах измерения. Если исходить из формулы, то можно сказать, что рассматриваемая величина измеряется в ньютонах на метр и записывается сокращенно Н*м. Однако, это единица измерения совпадает с работой в физике, которая выражается в джоулях (Дж).
Для описания момента сил используют именно Н*м, поскольку джоуль по своему смыслу является энергетической величиной, а не силовой характеристикой.
Если момент силы, действуя на систему, приводит к ее повороту на некоторый угол θ, то произведение этого угла в радианах на M в Н*м даст величину работы в джоулях.
Физический смысл
Выше мы дали математическое определение, что такое момент силы, но практически ничего не сказали о том, какой смысл он несет. Изучаемая величина определяет возможность совершения поворота в системе. Чтобы понять лучше, о какой возможности идет речь, рассмотрим следующий пример: известно, что дверь все открывают за ручку. Сделать это может даже ребенок, поскольку плечо силы d велико, а значит, большим будет и создаваемый крутящий момент. Предлагается читателю попытаться открыть дверь, надавливая на нее близко от петель. В этом случае выполнить задачу гораздо труднее, поскольку для создания того же крутящего момента, необходимо приложить большую силу, компенсирующую маленькое плечо.
Другими примерами момента силы в действии является использование гаечных ключей или удержание человеком веса на вытянутой или на прижатой к телу руке.
|
Random converter |
Конвертер момента силыКонвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.  Исходная величина ньютон-метркилоньютон-метрмиллиньютон-метрмикроньютон-метртонна-сила (короткая)-метртонна-сила (длинная)-метртонна-сила (метрическая)-метркилограмм-сила-метрграмм-сила-сантиметрфунт-сила-футпаундаль-футпаундаль-дюйм Преобразованная величина ньютон-метркилоньютон-метрмиллиньютон-метрмикроньютон-метртонна-сила (короткая)-метртонна-сила (длинная)-метртонна-сила (метрическая)-метркилограмм-сила-метрграмм-сила-сантиметрфунт-сила-футпаундаль-футпаундаль-дюйм Угловое ускорениеЗнаете ли вы, что в смартфонах и дронах используются гироскопы без движущихся частей? Двутавровые балки в конструкции здания Общие сведения Терминология в английском языке Примеры момента силы Заключение Общие сведенияМомент силы — это физическая величина, характеризующая насколько сила, приложенная к телу, вызывает вращение тела вокруг оси. Вращающий момент (torque в английской терминологии) — результат приложения двух сил, которые рука прилагает к отвертке, а отвертка, в свою очередь — к головке винта Как уже упоминалось выше, в этой статье мы уделяем много внимания контексту, в котором используется тот или иной английский термин. Наша задача — объяснить разницу, чтобы помочь читателю, если он в будущем столкнется с этими терминами в английском тексте. Самое главное, что следует помнить — оба термина, момент силы и torque, используют для одной и той же физической величины, но в разных контекстах. Во многих языках, как и в русском, используют только один термин. Ниже рассмотрим в каком же контексте используют каждый из этих терминов. Терминология в английском языкеКак мы уже упоминали выше, английские термины «момент силы» и «torque» используют для одного и того же понятия, но в разных контекстах. Ниже рассмотрим несколько примеров. Стоит еще раз напомнить, что разница в использовании этих двух терминов зависит от контекста, но используют их для одного и того же физического явления. Нередко оба эти термина используют попеременно. На вороток действует пара сил от рук, в результате чего возникает вращающий момент, (по-английски torque). Чтобы понять, что такое момент силы, рассмотрим вначале, что такое момент в общем. Момент — это интенсивность, с которой сила действует на тело на определенном расстоянии относительно тела. Момент силы пропорционален силе и радиусу. Это значит, что если сила приложена к телу на определенном расстоянии от оси вращения, то вращательное действие этой силы умножается на радиус, то есть чем дальше от оси вращения приложена сила, тем более вращающее действие она оказывает на тело. Это принцип используется в системах рычагов, шестерней и блоков, чтобы получить выигрыш в силе. В этом контексте чаще всего говорят о моменте силы и о его использовании в различных системах, например в системах рычагов. Примеры работы рычагов показаны в статье «Подробнее о вращающем моменте». Стоит заметить, что в этой статье мы в основном обсуждаем вращающий момент, что соответствует английскому термину «torque». Изгибающий момент. В данной ситуации нет кручения, поэтому здесь лучше говорить о моменте силы, а не о вращающем моменте. Иногда понятия момент силы и вращающий момент различают с помощью понятия «пары сил». Пара сил — это две силы одинаковой величины, действующие в противоположном направлении. Эти силы вызывают вращение тела, и их векторная сумма равна нулю. То есть, термин «момент силы» используют в более общем контексте, чем вращающий момент. В некоторых случаях термин «вращающий момент» используют, когда тело вращается, в то время как термин «момент силы» используют, когда тело не вращается, например, если речь идет об опорных балках и других конструктивных элементах зданий в строительстве. В таких системах концы балки либо жестко закреплены (жесткая заделка), либо крепление позволяет балке вращаться. Во втором случае говорят, что эта балка закреплена на шарнирной опоре. Если на эту балку действует сила, например, перпендикулярно ее поверхности, то в результате образуется момент силы. Если балка не фиксирована, а прикреплена на шарнирной опоре, то она свободно движется в ответ на действующие на нее силы. Примеры момента силыЗдесь момент силы каждого ребенка равен весу этого ребенка, умноженному на его расстояние от оси вращения. Девочка сидит ближе к точке опоры, но прилагает больше силы к качелям, чем мальчик, поэтому качели — в равновесии. Хороший пример момента силы в быту — это действие на тело одновременно момента силы и изгибающего момента, о котором мы говорили выше. Момент силы часто используют в строительстве и в проектировании строительных конструкций, так как, зная момент силы, можно определить нагрузку, которую должна выдержать эта конструкция. Нагрузка включает нагрузку от собственного веса, нагрузку, вызванную внешними воздействиями (ветром, снегом, дождем, и так далее), нагрузку от мебели и нагрузку, вызванную посетителями и обитателями здания (их вес). При постройке в 1900 году моста Александры через реку Оттава использовано много двутавровых балок Если на балку или другой конструктивный элемент действует сила, то в ответ на эту силу возникает изгибающий момент, под действием которого некоторые части этой балки сжимаются, в то время как другие, наоборот, растягиваются. Представим, к примеру, балку, на которую действует сила, направленная вниз и приложенная по центру. Под воздействием этой силы балка принимает вогнутую форму. Верхняя часть балки, на которую действует сила, сжимается под воздействием этой силы, в то время как нижняя, наоборот, растягивается. Если нагрузка больше, чем этот материал может выдержать, то балка разрушается. Наибольшая нагрузка — на самый верхний и самый нижний слои балки, поэтому в строительстве и при проектировании сооружений эти слои часто укрепляют. Если на конструкцию действует изгибающий момент, то двутавровые балки — решение проблем, связанных с прочностью. Турбовинтовые двигатели с воздушными винтами создают крутящий момент, который действует на фюзеляж этого турбовинтового самолета; по-английски в данном случае могут говорить о моменте силы (moment of force) или о возникновении напряжения при кручении (torsional stress), так как вращение отсутствует ЗаключениеВ это статье мы рассмотрели, чем отличаются термины «момент силы» и «вращающий момент», а также английские термины «moment of force» и «torque», и увидели несколько примеров момента силы. Литература Автор статьи: Kateryna Yuri Вас могут заинтересовать и другие конвертеры из группы «Механика»:Плоский угол Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер площади Конвертер плотности Конвертер энергии и работы Конвертер силы Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер момента инерции Конвертер мощности Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер удельного объема Конвертер вращающего момента Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер линейной скорости Компактный калькулятор Полный калькулятор Определения единиц Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. |
В английском и некоторых других языках это явление называют разными словами, в зависимости от контекста. Поскольку эта статья написана для сайта переводчиков, мы немного поговорим о терминологии в других языках. Величина момента силы равна векторному произведению силы, приложенной к телу на вычисленное по перпендикуляру расстояние между осью вращения и точкой приложения силы, которая вызывает вращение. В английском языке для момента силы используют два термина, момент силы (moment of force) и отдельный термин, torque. Английский термин torque используют для обозначения физической величины, которую измеряют так же, как и момент силы (в английском), но только в контексте, в котором сила, ответственная за это свойство, обязательно вызывает вращение тела. Эту величину также измеряют, умножив силу на расстояние между осью вращения и точкой приложения силы. В русском языке термину «torque» соответствуют термины «вращающий момент» и «вращательный момент», которые являются синонимами.
Русский термин «крутящий момент» относится к внутренним усилиям, возникающим в объектах под действием приложенных к ним нагрузок. Этому термину соответствуют английские термины «torsional movement», «torque effect», «torsional shear» и некоторые другие.
В этом разделе обсудим, когда в английском наиболее часто используют термин «момент силы» и почти не используют «torque». Часто о понятии «torque» говорят в контексте, когда сила, действующая на тело вызывает изменение углового ускорения тела. С другой стороны, когда в английском языке говорят о моменте силы, то сила, действующая на тело не обязательно вызывает такое ускорение. То есть, «torque» — это частный пример момента силы, но не наоборот. Можно также сказать, что «torque» — это момент силы, но момент силы — не «torque».
Величина момента силы зависит от величины силы, которая действует на тело, и от расстояния от точки приложения силы до точки на теле. Как мы увидели из определения выше, эта точка часто находится на оси вращения.
Если же балка фиксирована, то в противодействие моменту силы образуется другой момент, известный как изгибающий момент. Как видно из этого примера, термины момент силы и вращающий момент различаются тем, что момент силы не обязательно изменяет угловое ускорение. В этом примере угловое ускорение не изменяется потому, что силам извне, действующим на балку, противодействуют внутренние силы.
Нагрузка, вызванная людьми и интерьером, называется в строительстве полезной нагрузкой, а нагрузка, вызванная весом самого здания и окружающей средой называется статической или постоянной нагрузкой.
Хороший пример — использование двутавровых конструкций. Двутавр — конструктивный элемент с поперечным сечением в форме буквы Н или латинской буквы “I” с верхней и нижней засечками (поэтому английском языке используют термин I-beam, Такая форма очень экономична, так как она позволяет упрочнить самые слабые части балки, используя при этом наименьшее количество материала. Чаще всего двутавровые балки сделаны из стали, но для прочной балки двутавровой конструкции вполне можно использовать и другие материалы. На YouTube можно найти видеосюжеты испытания двутавровых балок, сделанных из материалов, менее прочных, чем сталь, например из пенопласта и фанеры (нужно искать plywood beam test). Двутавровые балки из фанеры и древесностружечных плит появились на российском рынке стройматериалов относительно недавно, хотя они давно и очень широко применяются при строительстве каркасных домов в Северной Америке.
Двутавровые балки также используют в конструкциях, которые подвергаются напряжению сдвига. Края двутавровой балки противодействуют изгибающему моменту, в то время как центральная опора противостоит напряжению сдвига. Несмотря на ее достоинства, двутавровая балка не может противостоять крутящим нагрузкам. Чтобы уменьшить эту нагрузку на поверхность конструкции, ее делают круглой и полируют поверхность, чтобы предотвратить скопление нагрузки в точках с неровной поверхностью. Увеличение диаметра и изготовление такой конструкции полой внутри может помочь уменьшить ее вес.
В основном мы говорили о случаях, когда момент силы создает проблемы в строительстве, но часто бывает наоборот и момент силы приносит пользу. Примеры использования момента силы на практике — в статье «Подробнее о вращающем моменте». Стоит также упомянуть, что разница в терминологии в английском языке чаще всего значительна в американском и британском машиностроении и строительстве, в то время как в физике эти термины часто взаимозаменяемы.
Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.
», то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.
com на YouTubeQ6 Укажите единицу момента силы в системе СИ…
Перейти к
- Объективные вопросы
- Вопросы с короткими/длинными ответами
- Числа
- Иметь значение
- Физические величины и измерения
- Сила и давление
- Световая энергия
- Теплопередача
- Звук
- Электричество
Главная > Селина Солюшнс Класс 8 Физика > Глава 3 — Сила и давление > Упражнение: Вопросы с короткими/длинными ответами > Вопрос 6
Вопрос 6 Краткий/Подробный ответ Вопросы
Q6) Укажите единицу измерения момента силы в системе СИ.
Ответ:
Решение:
СИ единицей момента силы является ньютон-метр (Н·м).
Стенограмма видео
«Привет, студенты, добро пожаловать в Лидо вопрос обучения и ответ видео сейчас, прежде чем двигаться дальше с си единица момента силы понять, что мы подразумеваем под моментом сила правильно, чтобы понять, что у меня есть очень красивая картинка этого колеса здесь поэтому, когда мы прикладываем силу к этому колесу, колесо не может двигаться с этой стороны вы можете сказать мне, почему да потому что он повернут здесь или есть повернуть здесь или мешает колесу двигаться предстоящий но вместо того, где что будет эта сила вместо этого делай то, что будет с колесом v начнет вращаться поэтому колесо начинает вращаться вдоль ось вращения вы все видите ось вращение на этой картинке да это ось вращения, поэтому с что давайте быстро определим, что мы делаем имею в виду момент силы так, как мы видели, когда сила применены колесо поворачивается или начинает вращаться такой поворотный эффект силы на тело называется моментом силы, так что это было просто право теперь он представлен символом тау или крутящий момент это также называется крутящим моментом теперь давайте придем есть математический формула момента силы тоже который дает сила, которая является силой, которую мы применяем здесь на перпендикулярном расстоянии от вращаться так что это перпендикулярное расстояние от стержня поэтому сила в перпендикулярном расстоянии от стержня даст вам момент силы в единица си, как мы знаем из математическая формула сила си единицей силы является ньютон давайте напишем, что вниз символ n и на перпендикулярном расстоянии от развернуться так для расстояния единица s i — метр, поэтому давайте просто запишем это поэтому единица si для тау или крутящего момента становится ньютон-метр или нм, так что это единица СИ для момент силы, надеюсь, это было понятно, если у вас есть дополнительные вопросы пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже, спасибо ты
Связанные вопросы
Q1) Дайте определение силы.
Укажите его единицу СИ.
Q2) Назовите два действия силы, приложенной к телу.
В3) Чем отличается действие силы, когда она приложена к (а) твердому телу (б) нетвердому телу?
Q4) Укажите действие силы F на следующей диаграмме.
Q5) Дайте определение термину «момент силы».
Q7) Укажите два фактора, которые влияют на момент силы.
Фейсбук WhatsApp
Копировать ссылку
Было ли это полезно?
Упражнения
Объективные вопросы
Короткие/длинные вопросы.
Вопросы
Числовые
Главы
Маттер
Физические величины и измерения
Сила и давление
Энергия
Energy
40003
Звук
. Электричество
Курсы
Быстрые ссылки
Условия и политика
Условия и политики
2022 © Quality Tutorials Pvt Ltd. Все права защищены.
Карта механики — Моменты
Момент (также иногда называемый крутящим моментом) определяется как «тенденция силы вращать тело». Там, где силы вызывают линейные ускорения, моменты вызывают угловых ускорений . Таким образом, моменты можно рассматривать как скручивающие силы.
Представьте два ящика на ледяной поверхности. Сила, действующая на коробку А, просто заставит коробку начать ускоряться, а сила, действующая на коробку В, заставит коробку ускориться и начать вращаться. Сила, действующая на коробку B, действует на момент, а сила на коробку A — нет.
Векторное представление момента:
Моменты, как и силы, могут быть представлены в виде векторов и иметь величину, направление и «точку приложения». Однако для некоторых моментов лучше назвать точку приложения осью вращения . Это будет точка или ось, относительно которой мы будем определять все моменты.
Величина:
Величина момента — это степень, в которой момент вызывает угловое ускорение тела, на которое он действует. Он представлен скаляром (одним числом). Величину момента можно представить как силу скручивающей силы, действующей на тело. Когда момент представлен в виде вектора, величина момента обычно указывается явно. хотя длина вектора момента также часто соответствует относительной величине момента.
Величина момента измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние. Стандартными метрическими единицами величины момента являются ньютон-метры, а стандартными английскими единицами измерения момента являются футо-фунты.
| \[М=Ж*д\] |
| \[Метрика: Н*м\] |
| \[английский: lb*ft\] |
Направление:
В двумерной задаче направление можно рассматривать как скалярную величину, соответствующую направлению вращения, которое вызовет момент.
Момент, вызывающий вращение против часовой стрелки, является положительным моментом, а момент, вызывающий вращение по часовой стрелке, является отрицательным моментом.
Однако в трехмерной задаче тело может вращаться вокруг оси в любом направлении. Если это так, нам нужен вектор для представления направления момента. Направление вектора момента совпадет с осью вращения, которую вызовет этот момент, но чтобы определить, какое из двух направлений, которые мы можем использовать вдоль этой оси, мы используем правило правой руки. Чтобы использовать правило правой руки, выровняйте правую руку, как показано, так, чтобы большой палец в данный момент был на одной линии с осью вращения, а согнутые пальцы в данный момент указывали в направлении вращения.
Если вы сделаете это, ваш большой палец будет указывать в направлении вектора момента.
Если мы вернемся к двумерным задачам, то увидим, что все повороты происходят вокруг оси, указывающей прямо внутрь или наружу страницы (ось z). Используя правило правой руки, вращение против часовой стрелки представлено вектором в положительном направлении z, а вращение по часовой стрелке представлено вектором в отрицательном направлении z.
Ось вращения:
В задачах инженерной статики мы можем выбрать любую точку/ось в качестве оси вращения. Однако выбор этой точки повлияет на величину и направление результирующего момента, а момент действителен только относительно этой точки.
Величина и направление момента зависят от выбранной оси вращения. Например, указанная выше единственная сила вызовет разные моменты относительно точки А и точки В, потому что она вызовет разные вращения в зависимости от точки, которую мы фиксируем на месте. Хотя мы можем взять момент относительно любой точки в задаче статики, если мы суммируем моментов от нескольких сил, все моменты должны быть взяты вокруг общей оси вращения .
