Inhoud
Stel je voor: je moet een bout van een houten plank losdraaien. U vindt de juiste maat sleutel en zet deze vast aan de bout. Om de sleutel los te maken, moet u de hendel vasthouden en in een richting trekken die loodrecht op de hendel van de sleutel staat. Duwen in de richting van de sleutel zal geen koppel op de bout uitoefenen en zal niet losraken.
Koppel is de invloed die wordt berekend uit krachten die rotatiebeweging bewerkstelligen of rotatie om een as veroorzaken.
Algemene koppelfysica
De formule voor het bepalen van het koppel, τ is τ = r × F, waar r is de hefboom en F is de kracht. Onthouden, r, τen F zijn allemaal vectorgrootheden, dus de bewerking is geen scalaire vermenigvuldiging, maar een vectorkruisproduct. Als de hoek θ, tussen de hefboom en kracht bekend is, dan kan de grootte van het koppel worden berekend als τ = r F sin (θ).
De standaard- of SI-koppeleenheid is Newton-meter of Nm.
Netto koppel betekent het berekenen van het resulterende koppel van n verschillende bijdragende krachten. Dus:
Sigma ^ n_i vec { tau} = Sigma ^ n_i r_i F_i sin ( theta)Net als in de kinematica, als de som van de koppels 0 is, bevindt het object zich in een rotatie-evenwicht, wat betekent dat het noch versnelt noch vertraagt.
Het vocabulaire voor koppelfysica
De koppelvergelijking zit boordevol belangrijke informatie over hoe koppel wordt gegenereerd en hoe u een netto koppel kunt berekenen. Als u de termen in de vergelijking begrijpt, kunt u een algemene berekening van het netto koppel voltooien.
Ten eerste is de rotatie-as het punt waarrond de rotatie zal plaatsvinden. Voor het voorbeeld van de moersleutel draaide de rotatieas door het midden van de bout, omdat de sleutel rond de bout zal roteren. Voor een wip is de rotatieas het midden van de bank, waar het steunpunt wordt geplaatst, en de kinderen aan de uiteinden van de wip passen het koppel toe.
Vervolgens wordt de afstand tussen de rotatieas en de uitgeoefende kracht de hefboomarm genoemd. Het bepalen van de hefboomarm kan lastig zijn omdat het een vectorgrootheid is, dus er zijn mogelijk veel mogelijke hefboomarmen, maar slechts één juiste.
Ten slotte is de actielijn een denkbeeldige lijn die kan worden verlengd vanaf de uitgeoefende kracht om de hefboomarm te bepalen.
Voorbeeld koppelberekening
De beste manier om de meeste fysische problemen te beginnen, is om een beeld van de situatie te schetsen. Soms wordt dat beeld beschreven als een vrijlichaamsdiagram (FBD), waarbij het object waarop de krachten werken wordt getekend, en de krachten worden getekend als pijlen met hun richting en grootte gelabeld. Andere belangrijke informatie die u aan uw FBD kunt toevoegen, zijn coördinaatassen en de rotatie-as.
Voor het oplossen van het netto koppel is een nauwkeurig diagram van de vrije body van cruciaal belang.
Stap 1: Teken de FBD en neem coördinaatassen op. Label de rotatieas.
Stap 2: Teken alle krachten die op het lichaam werken, met behulp van de gegeven informatie om de krachten nauwkeurig ten opzichte van de rotatie-as te plaatsen.
Stap 3: Om de hefboomarm te bepalen (die waarschijnlijk in het probleem wordt gegeven), verlengt u de actielijn van de kracht, zodat de hefboomarm kan worden getrokken door de rotatieas en loodrecht op de kracht.
Stap 4: Informatie van het probleem kan informatie geven over de hoek tussen de hefboomarm en de kracht, zodat de bijdrage aan het koppel kan worden berekend: τik = rik Fik sin (θik).
Stap 5: Tel elke bijdrage van elk van de N-krachten op om het netto koppel te bepalen.