Момент силы или крутящий момент: Мощность и крутящий момент — что это?

Содержание

Крутящий момент — это… Что такое Крутящий момент?

Момент силы (синонимы: крутящий момент; вращательный момент; вращающий момент) — физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

Момент силы приложенный к гаечному ключу

Отношение между векторами силы, момента силы и импульса во вращающейся системе

Момент силы

В физике момент силы можно понимать как «вращающая сила». В системе СИ единицами измерения для момента силы является ньютон-метр, хотя сантиньютон-метр (cN•m), футо-фунт (ft•lbf), дюйм-фунт (lbf•in) и дюйм-унция (ozf•in) также часто используются для выражения момента силы. Символ момента силы τ (тау). Момент силы иногда называют моментом пары сил, это понятие возникло в трудах Архимеда над рычагами. Вращающиеся аналоги силы, массы и ускорения есть момент силы, момент инерции и угловое ускорение соответственно. Сила, приложенная к рычагу, умноженная на расстояние до оси рычага, есть момент силы. Например, сила в 3 ньютона, приложенная к рычагу, расстояние до оси которого 2 метра, это то же самое, что 1 ньютон, приложенный к рычагу, расстояние до оси которого 6 метров. Более точно, момент силы частицы определяется как векторное произведение:

где  — сила, действующая на частицу, а  — радиус-вектор частицы!

Предыстория

Строго говоря, вектор, обозначающий момент сил, введен искуственно, так как является удобным при вычислении работы по криволинейному участку относительно неподвижной оси и удобен при вычислении общего момента сил всей системы, так как может суммироваться. Для того, чтобы понять откуда появилось обозначение момента сил и как до него додумались, стоит рассмотреть действие силы на рычаг, относительно неподвижной оси.

Работа, совершаемая при действии силы на рычаг , совершающего вращательное движение вокруг неподвижной оси, может быть рассчитана исходя из следующих соображений.

Пусть под действием этой силы конец рычага смещается на бесконечно малый отрезок , которому соответствует бесконечно малый угол . Обозначим через вектор, который направлен вдоль бесконечно малого отрезка и равен ему по модулю. Угол между вектором силы и вектором равен , а угол и вектором силы .

Следовательно, бесконечно малая работа , совершаемая силой на бесконечно малом участке равна скалярному произведению вектора и вектора силы, то есть .

Теперь попытаемся выразить модуль вектора через радиус вектор , а проекцию вектора силы на вектор , через угол .

В первом случае, используя теорему Пифагора, можно записать следующее равенство , где в случае малого угла справедливо и следовательно


Для проекции вектора силы на вектор , видно, что угол , так как для бесконечно малого перемещения рычага , можно считать, что траектория перемещения перпендикулярна рычагу , а так как , получаем, что .

Теперь запишем бесконечно малую работу через новые равенства или .

Теперь видно, что произведение есть ни что иное как модуль векторного произведения векторов и , то есть , которое и было принято обозначить за момент силы или модуля вектора момента силы .

И теперь полная работа записывается очень просто или .

Единицы

Момент силы имеет размерность сила на расстояние, и в системе СИ единицей момента силы является «ньютон-метр». Джоуль, единица СИ для энергии и работы, тоже определяется как 1Н*м, но эта единица не используется для момента силы. Когда энергия представляется как результат «сила на расстояние», энергия скалярная, тогда как момент силы — это «сила, векторно умноженная на расстояние» и таким образом она (псевдо) векторная величина. Конечно, совпадение размерности этих величин не простое совпадение; момент силы 1Н*м, приложенный через целый оборот, требует энергии как раз 2*π джоулей. Математически

,

где Е — энергия, τ — вращающий момент, θ — угол в радианах.

Специальные случаи

Формула момента рычага

Момент рычага

Очень интересен особый случай, представляемый как определение момента силы в поле:

τ = МОМЕНТ РЫЧАГА * СИЛУ

Проблема такого представления в том, что оно не дает направления момента силы, а только его величину, поэтому трудно рассматривать в.м. в 3-хмерном случае. Если сила перпендикулярна вектору r, момент рычага будет равен расстоянию до центра и момент силы будет максимален

= РАССТОЯНИЕ ДО ЦЕНТРА * СИЛУ

Сила под углом

Если сила F направлена под углом θ к рычагу r, то τ = r*F*sinθ, где θ это угол между рычагом и приложенной силой

Статическое равновесие

Для того чтобы объект находился в равновесии, должна равняться нулю не только сумма всех сил, но и сумма всех моментов силы вокруг любой точки. Для 2-хмерного случая с горизонтальными и вертикальными силами: сумма сил в двух измерениях ΣH=0, ΣV=0 и момент силы в третьем измерении Στ=0.

Момент силы как функция от времени

Момент силы — производная по времени от момент импульса,

,

где L — момент импульса. Момент импульса твердого тела может быть описан через произведение момента инерции и угловой скорости.

,

То есть если I постоянная, то

,

где α — угловое ускорение, измеряемое в радианах в секунду за секунду.

Отношение между моментом силы и мощностью

Если сила совершает действие на каком-либо расстоянии, то она совершает механическую работу. Также если момент силы совершает действие через угловое расстояние, он совершает работу.

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ

В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, момент силы в ньютон-метрах, а УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ в радианах в секунду.

Отношение между моментом силы и работой

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГОЛ

В системе СИ работа измеряется в Джоулях, момент силы в Ньютон * метр, а УГОЛ в в радианах.

Обычно известна угловая скорость в радианах в секунду и время действия МОМЕНТА .

Тогда совершенная МОМЕНТОМ силы РАБОТА рассчитывается как:

= МОМЕНТ СИЛЫ * *

Момент силы относительно точки

Если имеется материальная точка , к которой приложена сила , то момент силы относительно точки равен векторному произведению радиус-вектора , соединяющий точки O и OF, на вектор силы :

.

Момент силы относительно оси

Моментом силы относительно оси называется момент проекции силы на плоскость, перпендикулярную оси относительно точки пересечения оси с этой плоскостью.

Единицы измерения

Момент силы измеряется в ньютон-метрах. 1 Н•м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м.

Измерение момента

На сегодняшний день измерение момента силы осуществляется с помощью тензометрических, оптических и индуктивных датчиков нагрузки. В России при решении задач измерения момента в основном используется оборудование зарубежных производителей (HBM (Германия), Kyowa (Япония), Dacell (Корея) и ряда других).

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Мощность и крутящий момент | Тюнинг ателье VC-TUNING

Мощность и крутящий момент…  Эти термины часто вводят в ступор многих посетителей автомобильных форумов. Энцо Феррари однажды сказал: «Лошадиные силы продают автомобиль, крутящий момент выигрывает гонки».

 

Мы не собираемся представлять здесь все уравнения и формулы, позволяющие рассчитать мощность и крутящий момент: объяснить многие вещи в одной статье достаточно трудно. Да это вам и не понадобится, если, конечно, вы не планируете стать крупным специалистам в данной области. Но мы постараемся доступным языком объяснить, как мощность и крутящий момент соотносятся друг с другом и как они влияют на производительность автомобиля.

 

Лошадиная сила

Термин «лошадиная сила» был впервые использован Джеймсом Уаттом, британским изобретателем, чье имя неразрывно связано с созданием парового двигателя. Строго говоря, лошадиная сила – это скорость, с которой может быть выполнена работа. Уатт использовал этот термин для сравнения мощности парового двигателя с мощью рабочей лошадки. Наравне с лошадиными силами сегодня используется и системная единица измерения мощности – ватт (Вт).

1 л.с. = 746 Вт

Эффективная мощность двигателя измеряется на коленчатом валу с помощью динамометра. Производители автомобилей, как правило, используют для ее обозначения термин «пиковая мощность» (максимальная мощность при определенном числе оборотов в минуту).

 

Мощность рассчитывается путем умножения крутящего момента двигателя на число оборотов и последующего деления на 5252. Откуда взялась последняя цифра? Если вы не хотите скучных и путаных объяснений, просто поверьте на слово и запомните эту константу.

                         крутящий момент * угловая скорость (RPM)

мощность =      —————————————————

                                                    5252

Здесь не мешало бы упомянуть о динамометрических роликовых стендах, но из-за большого разнообразия стендовых динамометров, мы опишем основные из них в другой статье. Следует отметить, что существует немало причин, по которым цифры, наблюдаемые при езде по дороге, оказываются ниже полученных на стенде. Автомобиль на стенде неподвижен, а на открытой дороге свой вклад вносят давление воздуха, перепады температуры и многие другие факторы, которые сложно учесть при испытаниях, хотя многие пытаются компенсировать их отсутствие с помощью вентиляторов и т.д.

 

  

Крутящий момент

Крутящий момент – вращательное усилие, которое будет применено к ведущим колесам автомобиля. Крутящий момент можно рассматривать в качестве меры способности двигателя выполнить работу. Единицы измерения крутящего момента – фунт*фут и Ньютон*метр (Нм). Один фунт*фут крутящего момента представляет собой усилие, необходимое для поворота 1-футовой оси, на конце которой прикреплен груз весом 1 фунт. Если на конце 1-футовой оси находится груз весом 200 фунтов, крутящий момент будет составлять 200 фунтов*фут. Очевидно, что чем больше это число, тем больше вращательное усилие на колесах.

1 фунт*фут = 1.36 Н*м

 

 

Однако важно понимать, что по мере увеличения крутящего момента вашего двигателя возрастает вероятность самопроизвольного поворота колес. Это довольно частое явление у мощных переднеприводных (FWD) автомобилей с большим крутящим моментом. Поскольку в данном случае передние колеса задействованы также и в управлении автомобилем, вы можете столкнуться с эффектом, называемым паразитным силовым подруливанием. В принципе проблема «непослушания» приводных колес свойственна не только переднеприводным машинам, а любым мощным автомобилям с большим крутящим моментом. Однако, разделив крутящий момент на все четыре колеса (в случае полноприводных (4WD) автомобилей), вы можете уменьшить этот эффект и больше мощности передать дороге.  Хотя есть еще много факторов (например, размер и структура шин, настройка подвески и ходовой части, передаточные числа), которые могут помочь переднеприводным (FWD) или заднеприводным (RWD) автомобилям эффективно использовать свою мощность.

 

Сравнение мощности и крутящего момента

(Как мощность и крутящий момент влияют на производительность)

Причина недопонимания ряда вопросов автолюбителями кроется в том, что в качестве характеристики двигателя автомобиля производители, как правило, приводят пиковые показатели мощности. Это ведет к путанице, люди пытаются сравнивать производительность автомобиля с его мощностью. «Моя машина имеет большее количество лошадиных сил, поэтому она будет быстрее вашей» – некорректное, но достаточно распространенное сравнение.

Есть много факторов, влияющих на производительность автомобиля, и крутящий момент, безусловно, один из них. Кроме того, и мощность, и крутящий момент будут зависеть от передаточных чисел. И, конечно же, большую роль играет то, как и для чего используется автомобиль.

Если вы когда-либо управляли машиной с высоким крутящим моментом (например, автомобилем с большим объемом двигателя или турбодизелем), вы, вероятно, заметили, что способны с легкостью ускоряться на большинстве передач. Это является результатом того, что имеется достаточно мощности в виде крутящего момента, чтобы автомобиль двигался при более широком диапазоне оборотов. Ускорение прямо пропорционально крутящему моменту, т.е. машина, будет ускоряться в соответствии с кривой крутящего момента.

Однако, если вы используете численно более высокое передаточное отношение для увеличения крутящего момента, вы на самом деле уменьшаете максимальную скорость вращения привода. Это может привести к тому, что автомобиль с высоким крутящим моментом (допустим, 680 НМ) достигнет своего предела уже при 30 км/ч.

При всем этом разговоры о крутящем моменте не просто игра слов. Следует понять, что лошадиная сила – просто другой способ измерения мощности (вспомните приведенное выше уравнение: лошадиная сила – это крутящий момент, умноженный на угловую скорость и деленный на 5252). Однако двигатель может быть рассчитан на более высокие обороты и более высокую мощность и, таким образом, на создание большего крутящего момента.

Из всего вышесказанного следует, что лошадиные силы и крутящий момент связаны друг с другом, однако это не одно и то же. Автомобиль с большим крутящим моментом будет ускоряться иначе, чем автомобиль с большим числом лошадей под капотом, с разными точками переключения передач и диапазонами оборотов в минуту. Автомобили с меньшим крутящим моментом (большим числом лошадиных сил), как правило, набирают больше оборотов, но максимальная мощность достигается только на больших оборотах. Машины с большим крутящим моментом (меньшим числом лошадиных сил) имеют меньшую мощность, но сравнительно более широкий диапазон оборотов. Все очень запутано: вроде бы крутящий момент и лошадиные силы – это одно и то же, но разгоняют машину по-разному. Хорошим автомобилем можно считать тот, что имеет оптимальное соотношение крутящего момента и лошадиных сил и возможность повышения обоих параметров.

Что еще влияет на ускорение

  • Вес автомобиля. Многие ошибочно полагают, что чем больше весит машина, тем больше нужно энергии, чтобы сдвинуть ее с места.
  • Аэродинамика. Снова требуется много энергии, чтобы машина могла преодолевать сопротивление встречным потокам воздуха.
  • Сопротивление качению. Шины и привод (шестерни, приводные валы, оси и т.д.) требуют энергии, чтобы они могли вращаться с контактирующими поверхностями.
  • Шестерни/передачи. Чтобы автомобиль мог разгоняться и ускорятся, он оборудован коробкой передач. Шестеренки в коробке влияют на крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, но они не могут изменить количество лошадиных сил в машине. В коробке передач все начинается с шестерни, которая запускает крутящий момент. Он позволяет ускоряться в относительно умеренном темпе, но избежать быстрых оборотов двигателя. Каждая последующая передача помогает развить скорость. Вот почему автомобиль, например, может разогнаться от 0 до 96 км/час за 5 секунд, но от 0 до 160 км/час разгон уже займет 13 секунд, поскольку ему нужно еще 8 секунд, чтобы набрать добавочную скорость в 64 км/час. При этом важно учитывать кинетическую энергию и аэродинамику (сопротивление ветру).

Динамометр фиксирует хороший крутящий момент не только на низких оборотах, но и во всем диапазоне оборотов. В сочетании с равномерно возрастающей кривой лошадиных сил, такой двигатель дает возможность машине разгоняться и выжимать педаль газа до упора. Хотя, все зависит от привода и комплектации самой машины. Но в целом, он имеет хорошую мощность и динамику.

Хочется надеяться, что после прочтения статьи о лошадиных силах и крутящем моменте вы не будете путать эти два понятия. Главное – запомнить, что машина с очень хорошим разгоном – это та, у которой двигатель может выдавать постоянно высокую мощность, даже на самых больших оборотах. Например, система газораспределительного механизма VVT-i эффективна для небольших двигателей, она помогает оптимизировать мощность на переменных оборотах. На самом деле не столь важно, с большим количеством лошадей ли машина или с высоким крутящим моментом, потому, что есть много других факторов, влияющих на ее характеристики.

Ускорение
И снова не будем вас утомлять скучными техническими терминами, а просто подсчитаем кое-что. Крутящий момент двигателя зависит от шестерней в коробке передач. Он нарастает по мере того, как вы переключаетесь на другую скорость. На автомобиле с низким крутящим моментом, его можно увеличить путем изменения передаточного числа. В результате этого трансмиссия или коэффициент привода изменяют диапазон оборотов двигателя, а также то, как используется крутящий момент (не оценивайте это в процессе). A V8 и Vtec производят крутящий момент разными способами посредством зубчатой передачи. Эти способы зависят от конструкции двигателя.

При всем этом интересно, как уже упоминалось ранее, что, хорошо набирающая скорость машина, имеет хорошую динамику крутящего момента, которая распространяется в самом широком диапазоне оборотов (высокий диапазон оборотов помогает поддерживать максимальный крутящий момент). Чтобы добиться максимума от машины, нужно знать, как выглядит динамика мощности и какие обороты у двигателя на каждой из передач. Также необходимо знать, как меняются обороты двигателя, когда переключается скорость: повышается или понижается передача. Это поможет вам узнать, что такое динамика крутящего момента на каждой отдельной передаче. Автомобиль разгоняется сильнее всего на пике крутящего момента, но стоит вам переключиться, как падают обороты, и ослабевает крутящий момент. Вся фишка в том, чтобы найти на каких оборотах будет хороший крутящий момент на следующей передаче, без потери динамики на текущей. Конечно, многое зависит от авто и его водителя, но есть наиболее общие рекомендации. Итак, если ваша машина производит максимальный крутящий момент на 4000 оборотах, и вы не хотите переключаться на следующую скорость с этой отметки, поскольку думаете, что потеряете сейчас эти ценные обороты и не сможете сохранить такой же крутящий момент на следующей передаче, а соответственно и скорость движения. Общая рекомендация в этом случае – для максимального ускорения переключаться тогда, когда стрелка тахометра ляжет на красную отметку (у некоторых легковых и гоночных авто есть специальные индикаторы).

Обозначение мощности авто в лошадиных силах
Американские машины

Лошадиные силы (HP Gross)
До 1972 года в Америке мощность двигателя автомобиля измерялась в лошадиных силах следующим образом: на стенде испытывался двигатель, который не оснащен воздушным фильтром, системой выхлопа или системой контроля над выбросами, но иногда оснащенный коллектором. В результате показатели максимальной мощности и крутящего момента отражали только теоретические значения, но не демонстрировали реальную мощность двигателя. Таким образом, измерялась общая мощность двигателя.

Лошадиные силы (HP net)
После 1972 года в Америке стали измерять полезную мощность двигателя. У полностью укомплектованного и установленного двигателя измерялась мощность на маховике, но при этом не учитывались потери при переключении передачи.

Запомните, что американские автомобили оснащены большими двигателями CU, которые выдают высокий крутящий момент и обеспечивают высокую производительность машины.

Лошадиные силы (bhp)
Мощность измеряется в лошадиных силах при помощи динамометра. Замер происходит на испытательном стенде в месте выхода вала из двигателя (коленчатый вал, который соединяется с маховиком). Окончательная цифра получается из крутящего момента, который используется для вычисления мощности в лошадиных силах (bhp).
Обратите внимание, что показатель мощности в лошадиных силах PS, принятый в Германии, отличается от обозначения bhp. Многие производители используют значение PS для лошадиных сил BHP.
Значения приблизительные:

  • 1 Bhp = 1.005 Hp (net) – (разница не существенная)
  • 1 Bhp = 1.0187 PS
  • 1 PS = 0.986 Hp
  • 1 Hp = 1.01387 PS

Иногда происходит путаница потому, что одни говорят о мощности в лошадиных силах, измеренной динамометром, другие об измерении с учетом потерь, а третьи о способе измерения по колесам WHP.


 

Измерения крутящего момента силы

Измерения крутящего момента силы

Контролируемый момент затяжки резьбовых соединений гарантирует безопасную эксплуатацию сложных механизмов в автомобилях, железнодорожном транспорте, буровых установках, химических реакторах, самолетах и т.п.. При работе в условиях постоянных нагрузок и вибрации, в случаях нарушении режимов затяжки неизбежны возникновения аварийных ситуаций. Достоверность полученных результатов измерений может быть достигнута только путем применения поверенных средств измерений.

С целью расширения возможностей по метрологическому обеспечению измерителей и датчиков крутящего момента силы, а также различных типов ключей динамометрических ФБУ «Тульский ЦСМ» прошел процедуру аккредитации на техническую компетентность в области поверки средств измерений крутящего момента силы.

Центром были приобретены эталонные установки для поверки измерителей и датчиков крутящего момента силы  с относительной погрешностью ± 0,02 %, эталонные измерители крутящего момента силы с относительной погрешностью ± 0,25 % и  ± 1,0 %, а также силонагружающие устройства, обеспечивающие при поверке равномерное распределение  усилия на ключ. Так же было оборудовано специализированное лабораторное помещение, где поддерживается необходимый микроклимат для выполнения высокоточных измерений.  Кроме того, в настоящее время мы имеем возможность не только обеспечить поверкой и калибровкой СИ крутящего момента силы, но и если в процессе поверки ключей динамометрических будут выявлены определенные несоответствия, наши специалисты могут провести юстировку неисправных средств измерений.

 Область аккредитации включает в себя:

  • датчики, моментомеры и измерители крутящего момента силы с диапазонами измерений от 0,02 до 5000 Н*м и относительной погрешностью от 0,1% и выше;
  • ключи моментные, предельные и шкальные с диапазоном измерений от 0,2 до 3000 Н*м  и относительной погрешностью от 1% и выше.

По всем интересующим вопросам поверки средств измерений крутящего момента силы просим обращаться:  г. Тула, ул. Болдина, д. 91 или по телефону +7 (4872) 744-444 доб. 8805

Начальник отдела поверки геометрических СИ:  Воронина Елена Робертовна

Приглашаем Вас к долгосрочному взаимному сотрудничеству!

Конвертер момента силы • Механика • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер 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.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Двутавровые балки в конструкции здания

Общие сведения

Момент силы — это физическая величина, характеризующая насколько сила, приложенная к телу, вызывает вращение тела вокруг оси. 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.

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 языке

Как мы уже упоминали выше, английские термины «момент силы» и «torque» используют для одного и того же понятия, но в разных контекстах. 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».

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. 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.

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. 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.

Примеры момента силы

Здесь 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). Нагрузка, вызванная людьми и интерьером, называется в строительстве полезной нагрузкой, а нагрузка, вызванная весом самого здания и окружающей средой называется статической или постоянной нагрузкой.

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. 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.

Если на конструкцию действует изгибающий момент, то двутавровые балки — решение проблем, связанных с прочностью. 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.

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

Заключение

В 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. 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.

Литература

Автор статьи: Kateryna Yuri

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

крутящий момент- Что такое крутящий момент для электроинструмента

Что, черт возьми, люди имеют в виду, когда говорят о величине крутящего момента или настройках крутящего момента?Чтобы помочь разоблачить жаргон инструментов, мы расскажем вам об основах настройки крутящего момента, о том, почему это важно и когда вам нужно будет использовать его, чтобы дать вам возможность сделать правильный выбор при следующей покупке инструмента.


Что, черт возьми, люди имеют в виду, когда говорят о величине крутящего момента или настройках крутящего момента?Чтобы помочь разоблачить жаргон инструментов, мы расскажем вам об основах настройки крутящего момента, о том, почему это важно и когда вам нужно будет использовать его, чтобы дать вам возможность сделать правильный выбор при следующей покупке инструмента.

Крутящий момент

Крутящий момент — это сила вращения, создаваемая коленчатым валом электродвигателя.
С широким диапазоном крутящего момента на инструменте для практически неограниченного применения может быть сложно найти оборудование, подходящее для ваших нужд.
Крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Нм), — это сила, которая заставляет объект вращаться, и это лучший показатель, позволяющий определить, насколько мощна ваша дрель или ударный привод, и чем больше число в ньютон-метрах, тем большую крутящую силу он будет оказывать.

🔰 Что означает установка крутящего момента?

Величина крутящего момента фактически указывает мощность, которую ваше устройство должно использовать для преобразования электрического тока в циркулирующий ток. Контроль крутящего момента на электроинструменте относится к мощности циркуляции.

Подумайте о настройках крутящего момента, таких как сцепление в автомобиле. Когда вы нажимаете на педаль сцепления до упора, колеса автомобиля теряют мощность и скорость. Когда вы отпускаете педаль сцепления, вся мощность передается колесам, и они вращаются быстрее.

Спусковой крючок на дрели действует как педаль акселератора в автомобиле, чем сильнее вы нажимаете на спусковой крючок, тем быстрее вращается дрель.

Настройки крутящего момента на дрели

Вы можете задаться вопросом: «Зачем мне когда-либо хотеть, чтобы мой электроинструмент был менее мощным?»

Правда в том, что есть ряд случаев, когда вы, возможно, захотите уменьшить крутящий момент, чтобы дать себе больше контроля. Переменные настройки крутящего момента делают вашу дрель более универсальной и позволяют выполнять более широкий спектр работ с помощью одного и того же электроинструмента.

Стоит помнить, что вы просто не можете использовать величину крутящего момента, чтобы решить, какой электроинструмент лучше. Тот, который имеет относительно низкий уровень крутящего момента, все равно может быть быстрее или работать лучше, чем сверло с высоким крутящим моментом, если остальные характеристики будут лучше.
Сказав это, имеет смысл понять эффект, который оказывает крутящий момент.

Например, когда вы используете Аккумуляторную дрель или шуруповерт, возможно, вы заметили циферблат рядом с головкой сверла с различными цифрами или символами на нем. Если да, то вы, вероятно, задавались вопросом: “Какие разные цифры/символы на беспроводной дрели и что они означают?

Цифры на Аккумуляторной дрели указывают точку разрыва крутящего момента или мощность вращения. Чем больше число, тем больше сила или крутящий момент. Эта функция очень полезна. Он не только позволяет регулировать мощность поворота, применяемую для предотвращения срыва винтов, но также обеспечивает возможность сверления отверстий в твердых материалах, таких как дерево, бетон, каменная кладка и металл.

Крутящий момент сверла — это величина силы, которую оно способно приложить. Чем выше крутящий момент, тем легче он сможет выполнять даже самые сложные работы.
Обычно вы увидите эти классы силы в дюймах-фунтах. Самые мощные аккумуляторные дрели могут дать вам измерения до 1000, что является огромным усилием.

🔰 Действительно Ли Крутящий Момент Имеет Значение?alte moshabeh

На этом этапе вы можете задаться вопросом, насколько важен для вас высокий уровень крутящего момента. Первый момент, который следует учитывать, — это то, в какой материал вы собираетесь сверлить.

Если вы в основном собираетесь работать с деревом, крутящий момент не будет большой проблемой. Даже сверла с самым низким уровнем крутящего момента не будут слишком сильно сопротивляться сверлению в древесине.

Настройки крутящего момента

С другой стороны, если вы собираетесь работать с более жесткими материалами, крутящий момент будет играть большую роль в процессе принятия решений. Это не единственный вопрос, который следует учитывать, но вы будете чувствовать себя более комфортно, берясь за большую работу, когда у вас будет мощная аккумуляторная дрель, на которую вы можете положиться.

При закручивании винтов, чем тверже материал, тем меньшая скорость и больший крутящий момент вам, вероятно, понадобятся. Правильное выполнение этих настроек поможет вам контролировать глубину бурения без причинения какого-либо ущерба.

При сверлении отверстий, чем тверже материал, тем выше скорость для получения наилучшего результата.


Товары из категорий 🛠


🔰 Ньютон-метры (Нм) на сверлах:

От 4 до 15 Нм подходит для всех этих небольших задач отвертки по дому.

От 15 до 35 Нм — отличный универсальный электроинструмент для сверления и привода винтов средних размеров и сверления отверстий.

35 Нм вверх будет решать все эти более серьезные проекты с большими винтами и отверстиями.

Непременно учитывайте величину крутящего момента при выборе нового электроинструмента. Однако не совершайте ошибку, думая, что это единственная проблема, о которой вам нужно знать.

Большинство проектов DIY не потребуют от вас огромного количества энергии или крутящего момента для успешного выполнения домашних задач. Большинство качественных аккумуляторных дрелей от известных брендов оснащены настройками переменной скорости, яркой светодиодной подсветкой и функцией перфоратора.

В то время как мощность, скорость и крутящий момент — это сексуальные показатели, на которые каждый хочет обратить внимание при покупке лучшей аккумуляторной дрели. Дело в том, что самая мощная беспроводная дрель не всегда является лучшим инструментом для вас. Покупайте инструмент, который лучше всего подходит для вас, а не то, что считается лучшим статистически.

Заключение🧾

При покупке лучшего электроинструмента каждый обратит внимание на мощность, скорость и крутящий момент. Дело в том, что самая мощная аккумуляторная дрель — не всегда лучший инструмент для вас. Купите инструмент, который лучше всего подходит для вас, а не тот, который считается лучшим по статистике.

Note d’utilisateur

User Rating: 4.48 ( 2 votes)

Крутящий момент против Момента

Пытаясь понять , почему слова используются для описания определенных вещей, это часто помогает взглянуть на их этимологии . На данный момент:

момент середины 14 в., «очень короткая часть времени, мгновение» в момент времени от О.Ф. момент от L. импульс «движение, движущая сила», также «момент, важность», сокращение * movimentum, от movere «двигаться» (см. движение). Некоторые (но не OED) объясняют эволюцию смысла слова L. понятием частицы, настолько малой, что она просто «переместит» указатель шкалы, что привело к переносимому смыслу «деления по времени». Чувство «важность,« вес »» засвидетельствовано на английском языке с 1520-х годов. Фраза, которая никогда не была скучной, впервые записана в 1889 году в книге Джерома К. Джерома «Три человека в лодке». Момент истины впервые был записан в 1932 году в книге Хемингуэя «Смерть после полудня» от Sp. Эль-Моменто-де-ла-Вердад, последний удар мечом в бою быков.

Момент, по-видимому, пришел с латыни для «движущей силы». Работы Архимеда, в том числе « О равновесии плоскостей», который содержит статику и рычаги, были переведены на латынь Жераром Кремонским (ок. 1114–1187 гг. Н.э.). Поэтому представляется вероятным, что Архимед использовал «движущую силу», чтобы описать влияние рычага на перемещение массы на другом конце и пропорциональность произведенному приложенному усилию и его расстоянию от точки опоры на другом конце.

Обращая наше внимание на крутящий момент;)

крутящий момент «вращающая сила», 1884, от Л. крутящий момент «крутить» (см. «Свернуть»). Глагол засвидетельствован с 1954 года. Слово также используется (с 1834 года) антикварами и другими в качестве термина для витого металлического ожерелья, которое в древности носили галлы, бритты, немцы и т. Д., От L. torques в этом смысле. Ранее его называли по-английски крутящими моментами (1690-е годы).

И кажется вероятным, что это происходит от латинского «крутить».

Я бы пришел к выводу, что крутящий момент должен был описать силу, которая крутит объект вокруг его главной оси, в то время как момент вращает основную ось. Представьте себе длинный цилиндрический стальной стержень, в котором главная ось проходит вдоль его центра. Для объектов без очевидной главной оси крутящий момент одного человека является моментом другого в зависимости от того, какой главной осью выбрана.

что это, на что влияет, почему он важнее мощности :: Autonews

Многие уверены, что главной характеристикой двигателя автомобиля является мощность, которая обычно измеряется в лошадиных силах (на самом деле — в ваттах, но применительно к машинам часто используют «лошадей»). Но ведь есть еще такая характеристика как крутящий момент.

Что такое крутящий момент?

Крутящий момент – это векторная величина, определяемая как произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы. В простейшем случае – это произведение прикладываемой силы на плечо рычага, к которому она прикладывается. Единица измерения у крутящего момента – соответствующая: ньютоны на метры (Н∙м).

Звучит сложно, но попытаемся объяснить на простом примере. Представьте себе механическую мясорубку, которую нужно крутить за ручку. Так вот, в ней прикладываемая сила – это та сила, с которой вы крутите ручку. А плечо – это сама ручка. И чем она длиннее, тем выше крутящий момент при тех же ваших усилиях.

Как это всё относится к двигателю автомобиля? Очень просто. В моторе сила давления сгорающей смеси бензина и воздуха передаётся через поршень на кривошипно-шатунный механизм. Сила «берётся» из сгорания топлива, а в качестве рычага выступают детали механизма.

На что влияет крутящий момент

Крутящий момент характеризует «итоговую» тягу двигателя. Он говорит «насколько двигатель сильный», какую силу тяги может создавать. При этом надо понимать, что на колёса крутящий момент доходит уже изменённым, ведь шины связаны с мотором не напрямую, а через трансмиссию, в которой момент изменяется в зависимости от передаточного соотношения.

Крутящий момент — величина не постоянная. Момент изменяется вместе с количеством поступающей в цилиндр смеси и оборотами двигателями. Поэтому для оценки возможностей двигателя обычно используют график крутящего момента, который иллюстрирует его зависимость от оборотов.

Особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться (Фото: Shutterstock)

Чем большее усилие развивает двигатель — тем лучше автомобиль разгоняется. Поэтому максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений.

Но особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться. Решить эту проблему помогает коробка передач: при разгоне мы включаем нужную передачу, поддерживая обороты на оптимальном уровне. И поэтому так важно, чтобы двигатель на как можно большем промежутке оборотов выдавал максимальную тягу.

Крутящий момент и мощность: что важнее

Но что важнее? Крутящий момент или мощность двигателя? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно понять, что такое вообще мощность.

С точки зрения физики мощность получается путём деления совершенной работы на время, за которое работа совершилась. То есть, эта характеристика показывает не «что было сделано», а «что было сделано за определённое время». Например, перенести из пункта А в пункт Б десять ящиков можно за пять минут, а можно за сорок. Выполненная работа будет одинакова. А вот мощность — нет.

Применительно к автомобильному двигателю мощность тоже является такой же «оценочной» характеристикой. При этом, можно сказать, что работой двигателя, по сути, является… крутящий момент. Ведь работа мотора — это крутить коленвал. Следовательно, крутящий момент и мощность — величины взаимосвязанные.

Вернемся к воображаемой мясорубке. Длинная ручка обеспечивает высокий крутящий момент, то есть вы можете прокручивать, например, не обычное мясо, а замороженное. Допустим, за один оборот сквозь мясорубку проходит 10 граммов такого мяса, а если у вас получится делать 100 оборотов в минуту — на выходе получится килограмм фарша. Это и есть ваша мощность.

В автомобилях мощность мотора равняется его крутящему моменту на данных оборотах в минуту, умноженному на число этих оборотов и разделённому на определённый коэффициент. Она показывает «суммарное количество» крутящего момента, то есть, работы, совершённой двигателем за определённое время. Чем больше момент, «сила кручения» — тем больше мощность.

Часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность. (Фото: drive2.ru)

Отметим, что как для крутящего момента, так и для мощности существуют графики, демонстрирующие зависимость от числа оборотов. Более того, часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность.

Вот и получается, что вопрос о том, что из этих показателей важнее — не совсем корректен. Во-первых, они взаимосвязаны. А, во-вторых, значение имеют не только сами эти показатели, но и обороты.

Крутящий момент в дизельных и бензиновых двигателях

Какой двигатель обладает большим крутящим моментом — бензиновый или дизельный? Как правило, у дизеля крутящий момент заметно выше, чем у аналогичного бензинового мотора. Причём на низких оборотах эта разница наиболее значительна. Дизель развивает хорошую тягу «сразу», чуть ли не с холостых оборотов. А бензиновый должен сперва раскрутиться.

Максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений (Фото: Shutterstock)

С другой стороны, у дизельных двигателей в силу особенности конструкции меньше рабочий диапазон оборотов: когда при разгоне бензиновый двигатель продолжает раскручиваться, дизельный уже требует перехода на высшую передачу.

Значит ли это, что дизель со своим большим крутящим моментом подходит только ля грузовиков и внедорожников? Когда-то многие были в этом уверены. Однако современные дизельные двигатели отлично ведут себя на быстрых спортивных автомобилях.

Момент или крутящий момент

Момент, или крутящий момент, представляет собой вращающую силу .

Момент : Сила, умноженная на Расстояние под прямым углом.

 

Вы можете почувствовать момент, держась за удочку.

Вы должны не только удерживать его вес, но и не дать ему вращаться вниз.

Пример: сила 120 ньютонов на высоте 0,3 м

М = 120 Н × 0.3 м = 36 Н·м

 

Под прямым углом

Не забудьте использовать расстояние под прямым углом к силе.

 

Другой угол, и мы получаем меньше момента.

 

 

А при прямом нажатии на затвор момент вообще не возникает.

Пример (продолжение): 115° вместо 90°

M = 120 Н × 0,3 м × sin(115°) = 32.63… Н·м

Рычаги

Пример: Что такое Сила F?

Момент от 500 Н составляет:

500 Н × 0,7 м = 350 Н·м

Что будет равно моменту от силы F:

Ф × 0,07 м = 350 Н·м

Переставить:

F = 350 Н·м / 0,07 м = 5000 Н

Это в 10 раз больше.

Рычаги настолько важны, что для каждой части есть названия: Усилие , Нагрузка и Точка опоры :

Момент на балке

Эта балка втыкается в стену (называется консолью):


Диаграмма свободного тела выглядит так:

Сила направленная вверх R уравновешивает направленную вниз Вес .

Только с этими двумя силами луч будет вращаться как пропеллер!

Но есть еще Момент , который уравновешивает это.

Пример: Наш парень имеет массу 80 кг, вызывающую силу 785 Н

785 Н действующий 3,2 м от стены вызывает момент:

М = 785 Н × 3,2 м = 2512 Н·м

И именно этот момент останавливает вращение луча. (Представьте, что стена была сделана некачественно, что будет, если наш парень встанет на балку?)

 

вращательная динамика — Каковы правильные определения момента, пары, крутящего момента, «момент силы»?

Термин момент X подразумевает, что X происходит на расстоянии, как вы упомянули.Кроме того, в том, как они вычисляются, есть общность, которая включает в себя перекрестное произведение положения и X . Перекрестное произведение используется для извлечения расстояния плеча момента до этого X .

  • Момент вращения (также известный как скорость) => $\boldsymbol{v} = \boldsymbol{r} \times \boldsymbol{\omega}$
  • Момент количества движения (также известный как угловой момент) => $\boldsymbol{L} = \boldsymbol{r} \times \boldsymbol{p}$
  • Момент силы (он же просто момент) => $\boldsymbol{M} = \boldsymbol{r} \times \boldsymbol{F}$

Итак, если вы хотите быть технически корректным, используйте момент X терминов, а не разговорные, такие как скорость, угловой момент и момент.Я знаю сумасшедший!

Но вы не можете этого сделать, потому что вы можете иметь скорость без вращения или момент без силы. Скорость чисто поступательного твердого тела не создается вращением, а одинакова для всех частей тела. Это свободный вектор, потому что он не связан с конкретным положением, как момент вращения.

Точно так же чистый крутящий момент создается не силой на расстоянии (поэтому термин «момент» избегается), а чем-то, что в равной степени ощущается всеми частями тела.Это также свободный вектор, потому что он не связан с конкретным местом, как момент силы.

Распространенным способом создания чистого крутящего момента является использование пары сил (также называемой просто парой), что означает две равные и противоположные силы, смещенные друг относительно друга, расположенные таким образом, чтобы создать определенный необходимый вектор крутящего момента. В основном это результат того факта, что механика в основном имеет дело с контактами между телами, которые действуют только в точках контакта, и нет хорошего способа приложить чистый крутящий момент к телу без применения какой-либо комбинации сил.

На практике крутящий момент используется, когда известен результат (момент вдоль заданной оси), но средства создания этого крутящего момента не важны. Но момент используется, когда важны детали того, как он генерируется .

Рассмотрим следующий пример

Вращающийся вал с прикрепленной к нему асимметричной массой консольно отходит от одного конца вала с подшипником, и к валу прикладывается крутящий момент. Найти силы и моменты реакции на подшипник.

Здесь существует различие между крутящим моментом на валу, детали которого не важны для задачи, за исключением момента вдоль оси вала, и реактивными моментами подшипника, детали которого важны и действуют в неизвестном произвольном направлении.

Крутящий момент и угловое ускорение | Безграничная физика

Связь между крутящим моментом и угловым ускорением

Крутящий момент равен произведению момента инерции на угловое ускорение.

Цели обучения

Выразите взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением в форме уравнения

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Когда к объекту прикладывается крутящий момент, он начинает вращаться с ускорением, обратно пропорциональным его моменту инерции.
  • Это соотношение можно рассматривать как второй закон Ньютона для вращения. Момент инерции – это масса вращения, а крутящий момент – это сила вращения.
  • Угловое движение подчиняется Первому закону Ньютона. Если на объект не действуют никакие внешние силы, движущийся объект остается в движении, а покоящийся объект остается в покое.
Ключевые термины
  • угловое ускорение : скорость изменения угловой скорости, часто обозначаемая α.
  • крутящий момент : вращательный или скручивающий эффект силы; (единица СИ ньютон-метр или Нм; британская единица фут-фунт или фут-фунт)
  • инерция вращения : Тенденция вращающегося объекта продолжать вращаться, если к нему не приложен крутящий момент.

Крутящий момент и угловое ускорение связаны следующей формулой, где – момент инерции объекта, а [латекс]\альфа[/латекс] – угловое ускорение.

Крутящий момент, угловое ускорение и роль церкви во Французской революции : Почему вещи изменяют свою угловую скорость? Скоро ты узнаешь.

Как и второй закон Ньютона, согласно которому сила равна произведению массы на ускорение, крутящий момент подчиняется аналогичному закону.Если вы замените крутящий момент силой, инерцию вращения массой, а угловое ускорение линейным ускорением, вы снова получите второй закон Ньютона. По сути, это уравнение представляет собой второй закон Ньютона, примененный к системе частиц, вращающихся вокруг заданной оси. Он не делает предположений о постоянной скорости вращения.

Чистый крутящий момент вокруг оси вращения равен произведению инерции вращения вокруг этой оси и углового ускорения, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 : Соотношение между векторами силы (F), крутящего момента (τ), импульса (p) и углового момента (L) во вращающейся системе

Подобно второму закону Ньютона, угловое движение также подчиняется первому закону Ньютона.Если на объект не действуют никакие внешние силы, движущийся объект остается в движении, а покоящийся объект остается в покое. О вращающихся объектах мы можем сказать, что если не приложен внешний крутящий момент, вращающийся объект будет продолжать вращаться, а объект в состоянии покоя не начнет вращаться.

Если бы поворотный стол вращался против часовой стрелки (если смотреть сверху), и вы приложили пальцы к противоположным сторонам, поворотный стол начал бы замедлять свое вращение. По крайней мере, с точки зрения поступательного движения к поворотному столу не будет приложена результирующая сила.Сила, направленная в одну сторону, будет уравновешена силой, направленной в другую сторону. Силы двух пальцев нейтрализуют. Следовательно, поворотный стол будет находиться в поступательном равновесии. Несмотря на это, скорость вращения уменьшится, а это означает, что ускорение больше не будет равно нулю. Отсюда мы можем заключить, что только потому, что вращающийся объект находится в поступательном равновесии, он не обязательно находится в вращательном равновесии.

РАВНОВЕСИЕ МОМЕНТОВ

Равновесие объекта рассматриваем как турник.В лаборатории это будет метровая палка. Равновесие означает, что оно не имеет поступательного движения (движения, при котором все точки тела движутся с одинаковой векторной скоростью) или вращения. Мы можем определить вращение, выбрав любую точку на теле, назвав эту точку «осью» и учитывая вращение вокруг этой оси.

На тело может действовать несколько сил, и каждая сила действует в определенной точке. На диаграмме F 1 действует в точке P 1 и F 2 действует в точке P 2 ; А — ось.

Мы рассматриваем только силы, действующие вверх или вниз. Расстояние от точки действия силы до оси называется плечом момента , d 1 и d 2 на схеме. Произведение силы, умноженной на плечо момента, называется моментом (также называемым моментом ) и обозначается греческой буквой тау: t.

т = Fd

Крутящий момент также имеет знак: он положителен (по соглашению), если он имеет тенденцию вращать объект против часовой стрелки вокруг оси.Он отрицателен, если имеет тенденцию вращать объект по часовой стрелке вокруг оси. На диаграмме крутящий момент от F 2 положительный, а крутящий момент от F 1 отрицательный. Сами силы имеют знаки. Мы можем считать силы положительными, если они направлены вверх, и отрицательными вниз.

Тогда условия равновесия формулируются просто: сумма всех сил должна быть равна нулю, и сумма всех крутящих моментов должна быть равна нулю.

Ст и = 0
СФ и = 0

Здесь «i» — метка, меняющаяся по всем силам, i = 1, 2, 3 и т. д.

Одна конкретная сила требует дальнейшего рассмотрения: вес стержня. Вес (сила земного притяжения) действует не в точке, а во всех точках вдоль объекта. Однако для целей определения равновесия можно считать, что вес сосредоточен в одной точке, называемой центром масс . Таким образом, бар, поддерживаемый двумя направленными вверх силами и удерживаемый в равновесии, выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Поскольку ось для решения задач может быть выбрана в любом месте вдоль стержня, ее удобно выбирать в точке действия одной из сил.Тогда плечо момента для этой силы будет равно нулю, и эта сила не войдет в уравнение момента. Например, мы можем выбрать ось в центре масс.

На этой диаграмме предположим, что F 1 = 2,0 Н, d 1 = 0,4 м, d 2 = 0,5 м, а F 2 неизвестно. W также неизвестен, но d W = 0, поэтому крутящий момент, обусловленный весом, t W = 0. Таким образом, уравнение крутящего момента принимает вид

т 1 + т 2 = 0.

T 1 = -F 1 D 1 = -2,0 x 0,4 = -0,8,
T 2 = + F 2 D 2 = F 2 x 0.5, а так

0,5F 2 — 0,8 = 0,
F 2 = 1,6 Н.

Обратите внимание, что вес не указан и не определен в обсуждении выше. Чтобы найти вес, мы должны использовать второе условие равновесия, что сумма всех сил = 0. Поскольку F 1 и F 2 вверх, а W вниз, мы имеем

2.0 + 1,6 — W = 0, или
Ш = 3,6 Н.

Для многих объектов с простыми геометрическими формами можно определить центр масс по симметрии. Например, центр масс однородного стержня находится в его геометрическом центре. Для метровой палки она находится на отметке 50 см. Из-за износа центр масс может немного отличаться от этой точки. Один из способов определить положение центра масс — сбалансировать штангу, удерживая ее в одной точке снизу.Точка, в которой он уравновешивается, является центром масс.

Награды Вращательная кинематика

Крутящий момент

Крутящий момент (τ) — это сила, которая заставляет объект вращаться. Если вы думаете об использовании гаечного ключа для затягивания болта, то чем ближе к болту вы прикладываете усилие, тем труднее повернуть ключ, а чем дальше от болта вы прикладываете усилие, тем легче поворачивать ключ. . Это связано с тем, что вы создаете больший крутящий момент, когда прикладываете силу на большем расстоянии от оси вращения.

Давайте посмотрим на пример гаечного ключа, поворачивающего болт. Сила приложена на расстоянии от оси вращения. Назовите это расстояние r. Когда вы прикладываете силы под углом 90 градусов к воображаемой линии, идущей от оси вращения к точке приложения силы (известной как линия действия), вы получаете максимальный крутящий момент. По мере того, как угол, под которым прикладывается сила, уменьшается (θ), уменьшается и крутящий момент, заставляющий болт поворачиваться. Следовательно, вы можете рассчитать прилагаемый крутящий момент как:

В некоторых случаях физики называют rsinθ плечом рычага или плечом момента системы.Плечо рычага — это перпендикулярное расстояние от оси вращения до точки приложения силы. С другой стороны, вы можете думать о крутящем моменте как о компоненте силы, перпендикулярной рычагу, умноженной на расстояние r. Единицами крутящего момента являются единицы силы × расстояние или ньютон-метры (Н·м).

 

 

Вопрос: Пиратский капитан берет штурвал и поворачивает штурвал своего корабля, прикладывая к спице колеса силу в 20 ньютонов.Если он приложит силу в радиусе 0,2 м от оси вращения под углом 80° к линии действия, какой крутящий момент он приложит к колесу?

Ответ:

 

 

 

 

Вопрос: Механик затягивает выступы на шине, прилагая крутящий момент 110 Н·м под углом 90° к линии действия. Какая сила приложена, если ключ равен 0.4 метра в длину?

Ответ:

Вопрос: Какой длины должен быть ключ, если механик способен приложить усилие только 200 Н?

Ответ:

 

Говорят, что объекты, которые не имеют вращательного ускорения или чистого крутящего момента равны нулю, находятся в равновесии вращения. Это означает, что любой чистый положительный (против часовой стрелки) крутящий момент уравновешивается равным чистым отрицательным крутящим моментом (по часовой стрелке).

 

Момент инерции

Ранее инерционная масса объекта (его поступательная инерция) определялась как способность этого объекта сопротивляться линейному ускорению. Точно так же вращательная инерция объекта или момент инерции описывает сопротивление объекта вращательному ускорению. Символ момента инерции объекта I.

Объекты, большая часть массы которых находится вблизи оси вращения, имеют небольшую инерцию вращения, в то время как объекты, масса которых находится дальше от оси вращения, имеют большую инерцию вращения.

Для обычных объектов вы можете найти формулу их момента инерции. Для более сложных объектов момент инерции можно рассчитать, взяв сумму всех отдельных частиц массы, составляющих объект, умноженную на квадрат их радиуса от оси вращения. Это может быть довольно обременительно с использованием алгебры, и поэтому обычно предоставляется курсам, основанным на исчислении, или числовым приближениям с использованием вычислительных систем.

 

Вопрос: Рассчитайте момент инерции твердого шара массой 10 кг и радиусом 0.2 м.

Ответ:

 

Вопрос: Рассчитайте момент инерции полого шара массой 10 кг и радиусом 0,2 м.

Ответ:

 

Второй закон Ньютона для вращения

В главе о динамике вы узнали о силах, заставляющих объекты ускоряться. Чем больше результирующая сила, тем больше линейное (или поступательное) ускорение, и чем больше масса объекта, тем меньше поступательное ускорение.

 

Вращательный эквивалент этого закона, 2-й закон Ньютона для вращения, связывает крутящий момент объекта с его результирующим угловым ускорением. Чем больше чистый крутящий момент, тем больше ускорение вращения, и чем больше инерция вращения, тем меньше ускорение вращения:

 

Вопрос: Какое угловое ускорение испытывает однородный твердый диск массой 2 кг и радиусом 0.1 м при приложении чистого крутящего момента 10 Н·м? Предположим, что диск вращается вокруг своего центра.

Ответ:

 

Вопрос: Кругосветка на игровой площадке с моментом инерции 100 кг·м 2 начинается в состоянии покоя и ускоряется силой 150 Н в радиусе 1 м от ее центра. Если эта сила приложена под углом 90° к линии действия в течение времени 0.5 секунд, какова конечная скорость вращения Round-A-Bout?

Ответ: Начните с создания нашей таблицы кинематики вращения:

Поскольку вы знаете только два элемента на столе, вы должны найти третий, прежде чем решать это с помощью уравнений кинематики вращения. Поскольку вам дан момент инерции Round-A-Bout, а также приложенная сила, вы можете найти угловое ускорение, используя 2-й закон Ньютона для вращательного движения.

Теперь, используя свою кинематику вращения, определите конечную угловую скорость кругового движения.

 

 

Учебное пособие по

: В чем разница между силой, крутящим моментом, давлением и

?

Большинство студентов-инженеров второго курса университета могут легко объяснить разницу между силой, крутящим моментом и давлением.Причина их уверенных ответов заключается в том, что инженерные школы обычно требуют изучения как статических, так и динамических сил на втором курсе. Однако с этого момента дальнейшие исследования в этих областях обычно ограничиваются аэрокосмическими, гражданскими и машиностроительными дисциплинами. Немногие инженеры-электронщики нуждаются или будут проходить продвинутые курсы силовой механики.

Но современные достижения в области свойств материалов и миниатюризации устройств, таких как микроэлектромеханические системы (МЭМС) и датчики, означают, что сила, крутящий момент и давление актуальны во всех основных областях.Краткий технический обзор поможет напомнить всем об этих основных понятиях.

Сила

Проще говоря, сила — это толчок или притяжение объекта. Сила может заставить объект с массой изменить свою скорость, т. е. ускориться. Поскольку сила имеет как величину, так и направление, она является векторной величиной.

Единицей силы в Международной системе единиц (или СИ) является ньютон. Один ньютон определяется как единица силы, которая сообщает массе в один килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду.С точки зрения уравнения, сила равна массе, умноженной на ускорение (F = ma).

На самом деле, Второй закон Ньютона определяет силу как изменение импульса во времени, а не массы в результате ускорения. Но уравнение импульса сводится к F=ma для основных инженерных расчетов.

Иногда вместо силы используется слово «нагрузка». Инженеры-строители и инженеры-механики, как правило, проводят расчеты на основе нагрузки, при которой система (например, мост) сопротивляется силе тяжести как от веса моста, так и от проезжающих по нему транспортных средств.

Законы Ньютона называют основой космических полетов. По данным НАСА, для понимания того, как возможны космические путешествия, требуется понимание концепции массы, силы и ускорения, описанной в трех законах движения Ньютона. Рассмотрим космическую ракету, в которой давление, создаваемое контролируемым взрывом внутри ракетных двигателей, приводит к огромной силе, известной как тяга. Газ от взрыва выходит через сопла двигателя, который толкает ракету в противоположном направлении (закон № 3), таким образом, следуя F = MA (закон № 2), который поднимает ракету в космос.Если предположить, что ракета выходит за пределы земной атмосферы, она продолжит двигаться в космос даже после того, как закончится топливо (закон № 1).

Три закона движения Ньютона

1.

Каждый объект остается в состоянии равномерного движения, если на него не действует внешняя сила.

2.

Сила равна произведению массы на ускорение [F = ma]

3.

На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

Крутящий момент

За первым университетским курсом статических сил обычно следует курс динамических сил, в котором вводится понятие рациональной силы или крутящего момента. Крутящий момент — это стремление силы вращать или скручивать объект вокруг оси, точки опоры или точки поворота. Это вращательный эквивалент линейной силы.

Формально крутящий момент (или момент силы) есть произведение величины силы и перпендикулярного расстояния линии действия силы от оси вращения.Единицей СИ для крутящего момента является ньютон-метр (Н•м).

Источник изображения: Wikipedia by Yawe (Public Domain) Но это также можно сделать, посмотрев на объем работы, необходимой для вращения объекта. Именно такой подход использовал Ричард Фейнман в одной из своих лекций о вращении в двух измерениях.

«Мы подойдем к теории крутящих моментов количественно, изучая работу , совершаемую при вращении объекта, поскольку один очень хороший способ определить силу — это сказать, какую работу она совершает, когда действует через заданное перемещение». объяснил Фейнман.

Фейнман смог показать, что, как сила, умноженная на расстояние, равна работе, так и крутящий момент, умноженный на угол, равен работе. Этот момент подчеркивается в нескольких примерах авионики и авиации из Исследовательского центра Гленна НАСА, где НАСА проектирует и разрабатывает технологии для аэронавтики и исследования космоса. Понятия силы, крутящего момента и давления продолжают оказывать свое влияние далеко за пределами земной атмосферы. Относительно запуска большого спутника, такого как Cygnus Cargo Craft, с Международной космической станции (МКС).Спутник подключен к большому роботизированному манипулятору, который снимает его с МКС перед запуском в космос. Роботизированная рука действует точно так же, как огромный момент силы в пространстве, подверженный силам, крутящим моментам и давлению, действующим в пространстве.

9014
Источник изображения: NASA Glenn Executive Center

Давление

Давление

Давление является силой на единицу площади, применяемой в направлении, перпендикулярном поверхности объекта.Многие из нас знакомы с манометрическим давлением по измерению давления в шинах. Манометрическое давление — это давление относительно местного атмосферного давления или давления окружающей среды. Это отличается от абсолютного давления или фактического значения давления в любой точке. Это будет иметь больше смысла в ближайшее время.

Давление – это количество силы, действующей на единицу площади. Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па), равный одному ньютону на квадратный метр (Н/м2). Давление также измеряется в единицах, отличных от системы СИ, таких как бар и фунт на квадратный дюйм.

В своей лекции по кинетической теории газов Фейнман ввел понятие давления, подумав о силе, необходимой для того, чтобы поршень поршня удержал определенный объем газа внутри коробки. Сила, необходимая для удержания плунжера или крышки площадью А, будет мерой силы, приходящейся на единицу площади давления. Другими словами, давление равно силе, которая должна быть приложена к поршню, деленной на площадь поршня (P = F/A).

Источник изображения: Калифорнийский технологический институт – лекции Фейнмана

Технологии давления применяются как на планете, так и за ее пределами.Однако в космосе давление настолько низкое, что его можно считать практически несуществующим. Вот почему инженеры часто говорят о вакууме, а не о давлении в космических приложениях. Вакуум — это любое давление меньше местного атмосферного давления. Он определяется как разница между местным атмосферным давлением и точкой измерения.

В космосе очень низкое давление, но это не идеальный вакуум. Это приближение, место, где давление газа намного, НАМНОГО меньше, чем земное атмосферное давление.

Чрезвычайно низкое давление в космическом вакууме — вот почему людям нужны космические скафандры, чтобы создать сжатую среду. Скафандр создает давление воздуха, чтобы поддерживать жидкости в нашем теле в жидком состоянии, т. е. предотвращать закипание наших телесных жидкостей из-за низкого давления (через PV = nRT). Как и шина, скафандр представляет собой надутый воздушный шар, ограниченный прорезиненной тканью.

Домашнее задание: Почему колеса космического корабля не лопнули в космосе, т.е.е., в присутствии вакуума? Ищите ответ в разделе комментариев.

Таким образом, сила, крутящий момент, давление и вакуум являются важными физическими понятиями, которые, благодаря достижениям в области материаловедения и устройств МЭМС, охватывают все основные дисциплины. Кроме того, эти фундаментальные концепции по-прежнему актуальны в таких приложениях, как космические системы и многие другие.

.

Comments |0|

Legend *) Required fields are marked
**) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
Category: Разное