Как найти момент силы это

Чтобы определить, чему равен момент силы, нужно получить произведение вектора силы и радиус-вектора, который проводится к точке приложения силы от оси вращения. Поэтому величину можно назвать характеристикой вращательного воздействия силы на твердое тело.

Термины “крутящий” и “вращающий” моменты в данном случае не являются тождественными. Разница между ними состоит в том, что “вращающий” момент воспринимается как внешнее усилие, которое прикладывают к объекту. Термин “крутящий” же рассматривается как внутреннее усилие, которое появляется при приложении конкретных нагрузок (что делает определение схожим с используемым при изучении сопротивления материалов).

Понятие «момент силы»

Физики воспринимают этот термин в качестве так называемой “вращающей силы”. В соответствии с системой СИ, измеряется данная величина в ньютон-метрах. Иногда в литературе можно также встретить понятие “момент пары сил” (такое определение, например, появляется в исследованиях Архимеда над рычагами).

При использовании простых примеров (например, при приложении силы к рычагу в перпендикулярном отношении к нему) величина рассчитывается как произведение расстояния до оси вращения рычага и непосредственно силы, которая на него воздействует.

Пример: На рычаг оказывает воздействие силы в 3 ньютона, которую прикладывают на расстоянии 2 м от оси вращения рычага. В результате момент силы будет равнозначен силе в 1 ньютон, прикладываемой на расстоянии 6 м по отношению к рычагу.

Как определить, чему равен момент силы

Важно помнить, что в физике энергия воспринимается как скалярная величина. В то же время момент силы считается (псевдо)векторной величиной. Поэтому совпадение размерностей указанных величин никогда не бывает случайным. Например, момент силы в 1 Н/м, приложенный через целый оборот, при выполнении механической работы сообщает энергию в 2 Дж. В математическом отображении эта формула момента силы будет выглядеть так:

[mathbf{E}=mathbf{M} boldsymbol{theta}], где:

• [mathbf{E}] — это энергия;
• [mathbf{M}] — это вращающийся момент;
• [boldsymbol{theta}] — это угол в радианах.

В современных условиях момент силы измеряется при помощи особых датчиков нагрузки, которые могут быть трех типов:

• оптического;
• тензометрического;
• индуктивного.

Применение специальной техники позволяет определить величину предельно точно и избавляет ученых от необходимости производить лишние расчеты.

Момент силы: формулы

У такой формулы момента силы в физике будет один недостаток. С ее помощью не удастся определить, в каком направлении направлен момент силы. Известной станет только его величина. Если сила окажется перпендикулярной вектору, тогда момент рычага окажется равен расстоянию от центра до точки, в которой была приложена сила. В таком случае момент силы достигнет максимального значения:

[vec{T}=vec{r} quad vec{F}]

Если сила совершает какое-либо действие на определенном расстоянии, она параллельно выполняет механическую работу относительно того же объекта. В таком случае в физической практике считается, что и момент силы выполняет работу (при совершении действия через угловое расстояние).

[mathrm{P}=mathrm{M} {omega}]

Международная система измерений предлагает определять мощность в Ваттах, при этом момент силы измеряется в радианах в секунду. Для определения величину угловой скорости используется единица “радианы в секунду”).

Как определяется момент действия нескольких сил

Если на тело действуют одновременно две равные по величине и противоположно направленные силы (не лежащие на одной и той же прямой), оно находится в состоянии равновесия. Такая ситуация связана с тем, что результирующий момент данных сил по отношению к любой из осей не обладает нулевым значением. Ведь обе силы направлены в одну сторону момента и являются парой сил.

Если тело закреплено на оси, оно будет вращаться под влиянием пары сил. Когда же пара сил прилагается по отношению к свободному телу, последнее начнет крутиться вокруг той оси, которая проходит через центр тяжести.

В соответствии с правилом моментов сил в физике, момент пары сил считается одинаковым по отношению к любой оси, перпендикулярной плоскости этой пары. При этом суммарный момент пары M всегда определяется как произведение плеча пары (то есть расстояния l между силами) и одной из этих сил F. Данный расчет производится независимо от типов отрезков, на которые разделяется положение оси.

[mathrm{M}=mathrm{FL}_{1}+mathrm{FL}-2=mathrm{FL}_{1}+mathrm{L}_{2}=mathrm{FL}]

В случае, если равнодействующая момент нескольких сил равняется нулю, он будет одинаковым по отношению ко всем параллельным друг другу осям. Именно поэтому воздействие всех сил на тело можно заменить действием только одной пары сил, имеющих точно такой же момент.

Момент силы — онлайн калькулятор. Как найти и в чем измеряется момент силы, формулы

Калькулятор момента силы

Для расчета момента силы (M) необходимо ввести в калькуляторе значения силы (F) и радиус-вектор (r). Также имеется возможность определять силу по известному моменту силы и радиус-вектору, и соответственно радиус-вектор по известной силе и моменту силы. Определившись с неизвестной величиной, введя известные значения и нажав кнопку «Вычислить», вы получите нужный результат.

Момент силы — определения и формулы

При вращательном движении линейные кинематические характеристики (пройденный путь s, линейная скорость υ, тангенциальное ускорение a_τ) пропорциональны соответствующим угловым характеристикам. При этом коэффициентом пропорциональности является радиус вращения r. В качестве силовой характеристики вращательного движения вводится понятие момента силы. Следует отличать моменты силы относительно оси и относительно точки.

Момент силы относительно точки O

Моментом силы относительно точки O называется векторное произведение M^→ = [r^→, F^→], где r^→ — радиус-вектор, проведенный из этой точки к точке приложения силы. Вектор M^→ перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы r^→ и F^→, и численно равен площади параллелограмма, сторонами которого являются данные векторы M = rFsinφ.

Направление вектора M→ определяется по правилу векторного произведения: если совместить точки приложения векторов r→ и F→, то кратчайший поворот от радиус-вектора r→ к силе F→′ будет происходить против часовой стрелки, если смотреть с вершины вектора M→.	Иногда удобнее смотреть вслед вектору M→, тогда кратчайший поворот от радиус-вектора r→ к силе F→′ будет происходить по часовой стрелке. На практике удобно определять направление вектора M→ по правилу правого винта: если вращать головку винта в направлении действия силы, то его поступательное движение покажет направление момента силы M→.

Момент силы равен нулю, если равна нулю сила или линия действия силы проходит через точку O.

Момент силы M→ не изменяется, если вектор F→ (точку приложения силы) переносить вдоль линии действия. Наглядно видно, что площади параллелограммов OABC и OA′B′C равны, поскольку они имеют общее основание OC и высоту d.	Геометрическая сумма моментов нескольких сил, действующих на материальную точку A относительно некоторой точки O, равна моменту суммы этих сил относительно той же точки M→ = [r→, F→] = [r→,(F→1+F→2 +…)] = [r→,F→1]+[r→,F→2]+…

Момент силы относительно некоторой оси

Моментом силы относительно некоторой оси называют проекцию M_z на данную ось вектора момента этой силы M^→ относительно любой точки, лежащей на оси.

Величина M_z не зависит от выбора точки O‘ на оси, поскольку момент силы M при переносе точки приложения силы вдоль линии ее действия не изменяется. Момент силы относительно точки O численно равен моменту этой силы относительно оси OZ, перпендикулярной плоскости, в которой лежат векторы r^→ и F^→ (а значит и точка O).

Плечо силы — это кратчайшее расстояние между осью и линией действия силы d = r sinφ. В таком случае момент силы относительно этой оси может быть определен как произведение силы и плеча M = Fd. Такое определение момента силы дается в элементарной физике. При этом положительными считаются те моменты сил, которые вызывают вращение по часовой стрелке, а отрицательными — вызывающие вращение против часовой стрелки.

Рассмотрим действие сил на тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси OO′:

Сила F^→_a, параллельная оси, может только деформировать эту ось. Не вызовет вращения и сила F^→_b, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси вращения, если линия, вдоль которой она действует, проходит через эту ось, то есть совпадает по направлению с радиус-вектором r^→_b, проведенным в точку ее приложения B.

Вызвать вращение тела вокруг неподвижной оси может только сила или ее составляющая, которая лежит в плоскости, перпендикулярной данной оси, и не совпадает по направлению с радиус-вектором, проведенным в этой плоскости к точке ее приложения. Силу, образующую произвольный угол с осью вращения, можно спроецировать на перпендикулярную плоскость, а затем разложить на тангенциальную F^→_τ и радиальную F^→_r составляющие. Именно тангенциальная составляющая силы создает момент относительно оси M = F^→_τr и является причиной тангенциального ускорения точки тела, к которой она приложена, то есть вызывает изменение модуля линейной скорости этой точки при вращательном движении.

Так же, как сила – это то, что заставляет объект ускоряться в линейной кинематике, так и крутящий момент – это то, что заставляет объект приобретать угловое ускорение.

Момент силы является векторной величиной. Направление вектора крутящего момента зависит от направления действия силы на ось.

Любой, кто когда-либо открывал дверь, обладает интуитивным пониманием крутящего момента. Когда человек открывает дверь, он толкает ту сторону двери, которая находится дальше всего от петель. Нажатие на сторону, ближайшую к петлям, требует значительно большего усилия. Хотя проделанная работа одинакова в обоих случаях (большее усилие будет применено на меньшем расстоянии).

Виды моментов сил

Моменты сил могут быть статическими или динамическими.

Кто-то, толкающий закрытую дверь, прикладывает статический момент к двери, потому что дверь не вращается вокруг своих петель, несмотря на прилагаемое усилие. Кто-то, крутящий велосипед на постоянной скорости, также прикладывает статический крутящий момент, потому что он не ускоряется.
Ведущий вал в гоночном автомобиле, ускоряющийся от линии старта, несет динамический крутящий момент, потому что он должен вызывать угловое ускорение колес, учитывая, что автомобиль ускоряется по трассе.

Как рассчитывается момент сил

Величина вектора момента сил (обозначается M→overrightarrow M), создаваемого данной силой FF является:

M  →=  [F→×r→]overrightarrow{M;}=;left[overrightarrow Ftimesoverrightarrow rright]

или, если раскрыть векторное уравнение, получится:

M  →=F→⋅r→sin⁡θoverrightarrow{M;}=overrightarrow Fcdotoverrightarrow rsintheta,

где rr – расстояние от оси вращение, до точки действия силы, θθ — угол, между векторами rr и FF.
Направление вектора момента сил определяется с использованием правила правого захвата. Если рука вращается вокруг оси вращения пальцами, указывающими в направлении силы, то вектор момента сил указывает в направлении большого пальца, как показано на рисунке ниже.

Единица СИ для момента сил является Ньютон-метр.

Роль момента сил во вращательной кинематике

Во вращательной кинематике крутящий момент занимает место силы в линейной кинематике. Существует прямой эквивалент закона Ньютона второй (F=m⋅a)(F = m·a),

M=I⋅αM = I·α,

где αα – угловое ускорение. II – момент инерции, свойство вращающейся системы, которое зависит от распределения массы системы.

Чем больше II, тем сложнее для объекта получить угловое ускорение.

Тест по теме «Момент силы»