Що таке момент сили

Момент сили – твір додається сили F на плече сили L
M = F · L
Одиниці виміру моменту сили:

СІ – Н · м
СГС – дин · см
З вращателним рухом об’єктів нерозривно пов’язано поняття додатки моменту сили.

Напевно, багато хто знає життєву аксіому – чим довше важіль, тим легше зрушити вантаж. Якщо перекласти цей процес на мову фізики, то можна сказати, що застосування сили за допомогою важеля характеризується моментом сили.

момент сили
Для врівноваження ваг-гойдалок, зображених на малюнку, важлива не тільки величина прикладається сили, а й місце, де вона прикладена. Відстань від точки прикладання сили до точки обертання називається плечем сили.

Ніколи не замислювалися над питанням, чому не можна відкрити двері, якщо штовхати її в місці кріплення (у петель)?

Припустимо, що перед нами стоїть завдання відкрити двері шириною 1 метр за допомогою сили в 100 Н. Силу будемо прикладати в трьох місцях:

F1 – біля петель (L = 0);
F2 – посередині двері (L2 = 0,5 м);
F3 – у краю двері (L3 = 1 м).
момент сили
У першому випадку, оскільки плече сили дорівнює нулю, твір цього плеча на силу будь-якої величини дасть нульовий момент сили (тому, двері не можна відкрити, штовхаючи її у петель).

У другому випадку:

M = F · L = 100 · 0,5 = 50 Н · м
У третьому випадку:

M = F · L = 100 · 1 = 100 Н · м
Зі сказаного вище можна зробити висновок, що збільшення в два рази довжини плеча при одній і тій же прикладається силі дає таке ж збільшення моменту сили (програємо у відстані – виграємо в силі, і навпаки: виграємо в відстані – програємо в силі).

Розглянемо варіант, коли сила прикладається під кутом.

момент сили
Як в такому випадку обчислити необхідний момент сили для відкриття дверей, адже визначити плече сил, як це було раніше, не вийде.

Щоб вирішити поставлену задачу, необхідно керуватися правилом: плечем сили називається довжина перпендикуляра, опущеного з передбачуваної точки обертання на пряму, щодо якої діє сила.

Для визначення плеча сили необхідно продовжити лінію, уздовж якої діє сила, а потім опустити на неї перпендикуляр з точки обертання. Вийшов прямокутний трикутник, використовуючи тригонометричні функції, можна знайти шукане плече сили: L · sinΘ

Припустимо, що сила прикладена під кутом Θ = 45 °

M = F · L · sinΘ = 100 · 1 · sin45 ° = 70 Н · м
Виходячи з вищесказаного, стає зрозумілим, що відкрити двері не вдасться, якщо прикласти силу з кутом Θ = 0 °, тобто, паралельно двері (в її торець). Справа в тому, що у такої сили немає проекції, яка б могла викликати обертальний рух (кажуть, що у такий сили немає ненульового плеча для створення обертального моменту сили).

Момент сили є векторною величиною. Напрямок дії моменту сили обчислюється за правилом правої руки (аналогічно визначенню напрямку вектора кутової швидкості).
Правило правої руки: якщо долонею правої руки охопити вісь обертання, таким чином, щоб пальці руки збігалися з напрямком прикладеної сили, то, витягнутий великий палець буде вказувати напрям вектора моменту сили.

ПОДІЛИТИСЯ:

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.

Дивіться також:
Маса тіла