Inhoud
De hele natuurkunde houdt zich bezig met het beschrijven van hoe objecten bewegen en hoe bepaalde hoeveelheden die ze bezitten (bijvoorbeeld energie, momentum) worden uitgewisseld met elkaar en de omgeving. Misschien is de meest fundamentele hoeveelheid die beweging regeert kracht, die wordt beschreven door Newtons Laws.
Wanneer je krachten voorstelt, stel je je waarschijnlijk voorwerpen voor die in een rechte lijn worden geduwd of getrokken. In feite, waar je voor het eerst wordt blootgesteld aan het concept van kracht in een cursus natuurwetenschappen, is dit het soort scenario dat je wordt gepresenteerd omdat het het eenvoudigst is.
Maar de fysische wetten die rotatiebewegingen omvatten, omvatten een hele andere reeks variabelen en vergelijkingen, zelfs als de onderliggende principes hetzelfde zijn. Een van deze speciale hoeveelheden is torque, die vaak werkt om assen in machines te roteren.
Wat is Force?
Eenvoudig gezegd is een kracht een duw of trek. Als het netto effect van alle krachten die op een object werken niet wordt opgeheven, dan zal die netto kracht ervoor zorgen dat het object versnelt of zijn snelheid verandert.
In tegenstelling tot uw eigen intuïtie en de ideeën van de oude Grieken, is kracht niet vereist om een object met constante snelheid te verplaatsen, want versnelling wordt gedefinieerd als de snelheid van de verandering van snelheid.
Als een = 0, verandering in v = 0 en er is geen kracht nodig om het object te laten bewegen, op voorwaarde dat er geen andere krachten (inclusief luchtweerstand of wrijving) op inwerken.
In een gesloten systeem, als de som van alle aanwezige krachten nul is en de som van alle aanwezige koppels is ook nul, het systeem wordt geacht aanwezig te zijn evenwicht, omdat niets hem dwingt zijn beweging te veranderen.
Koppel verklaard
De roterende tegenhanger van kracht in de fysica is koppel, vertegenwoordigd door T.
Koppel is een kritisch onderdeel van vrijwel alle denkbare technische toepassingen; elke machine met een roterende as bevat een koppelcomponent, die goed is voor bijna de hele transportwereld, samen met landbouwmachines en nog veel meer in de industriële wereld.
De algemene formule voor koppel wordt gegeven door
T = F × r × sin θWaar F is de kracht die wordt uitgeoefend op een lengte-hefboom r in een hoek θ . Omdat sin 0 ° = 0 en sin 90 ° = 1, kunt u zien dat het koppel wordt gemaximaliseerd wanneer de kracht loodrecht op de hefboom wordt uitgeoefend. Als je denkt aan enige ervaring met lange sleutels die je misschien hebt gehad, is dit waarschijnlijk intuïtief logisch.
Schachtkoppelformule
Om het askoppel te berekenen, bijvoorbeeld als u op zoek bent naar een nokkenaskoppelformule, moet u eerst het soort as opgeven waar u het over hebt.
Dit komt omdat assen die bijvoorbeeld uitgehold zijn en al hun massa in een cilindrische ring bevatten, zich anders gedragen dan massieve assen met dezelfde diameter.
Voor torsie op zowel holle als massieve assen wordt een hoeveelheid genoemd schuifspanning, vertegenwoordigd door τ (de Griekse letter tau), komt in het spel. Ook de polair traagheidsmoment van een gebied, J, een hoeveelheid die lijkt op massa bij rotatieproblemen, komt het mengsel binnen en is specifiek voor de asconfiguratie.
De algemene formule voor koppel op een as is:
T = τ × frac {J} {r}waar r is de lengte en richting van de hefboomarm. Voor een massieve as, J heeft de waarde van (π / 2)r4.
Voor een uitgeholde as, J in plaats daarvan is (π / 2) (rO4 – rik4), waar ro en rO zijn de buitenste en binnenste stralen van de as (het massieve deel buiten de lege cilinder).