Ροπή στη Φυσική: Ορισμός και Παραδείγματα

Η ροπή (γνωστή και ως ροπή ή δύναμη) είναι η τάση του α δύναμη να προκαλέσει ή να αλλάξει το περιστροφική κίνηση ενός σώματος. Είναι ένα στρίψιμο ή μια δύναμη περιστροφής σε ένα αντικείμενο. Η ροπή υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη και την απόσταση. Είναι ένα διάνυσμα ποσότητα, που σημαίνει ότι έχει μια κατεύθυνση και ένα μέγεθος. Είτε η γωνιακή ταχύτητα για το στιγμιαία αδράνεια ενός αντικειμένου αλλάζει ή και τα δύο.

Οι μονάδες διεθνούς συστήματος μετρήσεων (Μονάδες SI) που χρησιμοποιούνται για τη ροπή είναι τα νεο-μέτρα ή N * m. Ακόμα κι αν οι νέοι-μετρητές είναι ίσοι με Joules, δεδομένου ότι η ροπή δεν είναι εργασία ή ενέργεια, ώστε όλες οι μετρήσεις να εκφράζονται σε νέον-μέτρα. Η ροπή αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα tau: τ σε υπολογισμούς. Όταν ονομάζεται η στιγμή της δύναμης, αντιπροσωπεύεται από Μ. Στις Imperial μονάδες, μπορείτε να δείτε λίρες-δύναμη πόδια (lb⋅ft) που μπορεί να συντομευθεί ως λίβρα-πόδι, με τη "δύναμη" σιωπηρή.

Το μέγεθος της ροπής εξαρτάται από το πόσο δύναμη εφαρμόζεται, το μήκος του μοχλοβραχίονα που συνδέει τον άξονα μέχρι το σημείο εφαρμογής της δύναμης και τη γωνία μεταξύ του διανύσματος δύναμης και του μοχλού μπράτσο.

Η απόσταση είναι ο βραχίονας στιγμής, που συχνά υποδηλώνεται από r. Πρόκειται για ένα διάνυσμα που δείχνει από τον άξονα περιστροφής στο σημείο όπου η δύναμη ενεργεί. Για να παράγετε περισσότερη ροπή, πρέπει να εφαρμόσετε δύναμη περαιτέρω από το σημείο περιστροφής ή να ασκήσετε μεγαλύτερη δύναμη. Όπως είπε ο Αρχιμήδης, δεδομένου ότι έδινε τη δυνατότητα να σταθεί με έναν αρκετά μακρύ μοχλό, θα μπορούσε να κινήσει τον κόσμο. Εάν πιέζετε μια πόρτα κοντά στους μεντεσέδες, πρέπει να χρησιμοποιήσετε περισσότερη δύναμη για να την ανοίξετε απ 'ό, τι εάν την πιέζετε πάνω στο πόμολο δύο πόδια μακριά από τους μεντεσέδες.

Αν το διάνυσμα δύναμης θ = 0 ° ή 180 ° η δύναμη δεν θα προκαλέσει περιστροφή στον άξονα. Θα είτε απομακρυνθεί από τον άξονα περιστροφής επειδή βρίσκεται στην ίδια κατεύθυνση ή σπρώχνει προς τον άξονα περιστροφής. Η τιμή ροπής στρέψης για αυτές τις δύο περιπτώσεις είναι μηδενική.

Οι πιο αποτελεσματικοί φορείς δύναμης για την παραγωγή ροπής είναι θ = 90 ° ή -90 °, οι οποίες είναι κάθετες στο διάνυσμα θέσης. Θα κάνει τα περισσότερα για να αυξήσει την περιστροφή.

Ένα δύσκολο μέρος της εργασίας με τη ροπή είναι ότι είναι υπολογίζεται χρησιμοποιώντας ένα προϊόν διάνυσμα. Η ροπή είναι προς την κατεύθυνση της γωνιακής ταχύτητας που θα παράγεται από αυτήν, έτσι, η μεταβολή της γωνιακής ταχύτητας είναι στην κατεύθυνση της ροπής. Χρησιμοποιήστε το δεξί σας χέρι και στρέψτε τα δάχτυλα του χεριού σας προς την κατεύθυνση της περιστροφής που προκαλείται από τη δύναμη και ο αντίχειρας θα δείχνει προς την κατεύθυνση του διανύσματος ροπής.

Στον πραγματικό κόσμο, βλέπετε συχνά περισσότερες από μία δυνάμεις που δρουν σε ένα αντικείμενο για να προκαλέσουν ροπή. Η καθαρή ροπή είναι το άθροισμα των μεμονωμένων ροπών. Σε περιστροφική ισορροπία, δεν υπάρχει καθαρής ροπής στο αντικείμενο. Μπορεί να υπάρχουν μεμονωμένες ροπές, αλλά προστίθενται μέχρι το μηδέν και ακυρώνονται ο ένας τον άλλον.

• Giancoli, Douglas C. «Φυσική: Αρχές με Εφαρμογές», 7η έκδοση. Βοστώνη: Pearson, 2016.
• Walker, Jearl, David Halliday και Robert Resnick. "Fundamentals of Physics", 10th ed. Λονδίνο: John Wiley and Sons, 2014.