Равновесие и момент силы

Силы могут заставить тело вращаться. Оно будет находиться в равновесии, то есть будет неподвижным, если вращающиеся силы равны и противоположно направлены.

По третьему закону Ньютона при воздействии на тело силы, возникает другая сила, равная ей по модулю и противоположна по направлению. Дверь можно открыть, если потянуть за ручку. Приложена сила соответствует силе, действующей в дверных петлях, только противоположно направлена​​, но линии действия обеих сил не совпадают. В результате возникает вращающаяся сила, или момент силы, заставляет двери возвращаться на петлях.

Если кто-то попытается сесть на один конец доски качели, то сила притяжения создаст реактивную силу в шарнире, направленную вверх. Таким образом, возникнет момент, который вернет доску нагруженным концом к земле. Если другой человек такой же массы сядет на таком же расстоянии от шарнира на другой конец доски, то создаст одинаково и направленую в противоположную сторону момент силы — качели останутся в равновесии.

ВЫЧИСЛЕНИЯ МОМЕНТА СИЛЫ

Ключом с длинной рукояткой можно отвинтить гайку, которую не удалось прокрутить коротким ключом. Это объясняется тем, что при той же силе крутящий момент оказывается большим, если сила действует на большем расстоянии от оси вращения, в данном случае от гайки. Бесполезно пытаться вернуть гайку, прикладывая силу вдоль рукоятки ключа, то есть толкать ее или тянуть: момент силы возникает, когда сила действует под прямым углом к ​​линии, соединяющей ось вращения и точку приложения силы. При другом угле часть усилия тратиться на преодоление реактивной силы, действующей вдоль ручки и не создает момента силы.
Момент силы — это произведение длины отрезка между осью вращения и точкой приложения силы и составляющей силы, перпендикулярной к этому отрезку. Математически это выглядит та: момент силы = сила х расстояние. Основная единица момента силы — ньютон на метр , что сказывается Нм . Чтобы вычислить момент, нужно силу в ньютонах умножить на длину плеча в метрах.

Момент один ньютон на метр соответствует силе один ньютон, что толкает или тянет рычаг с плечом один метр. Двигатель кухонного миксера развивает момент 1 Нм; двигатель электродрели может создать момент 2 Нм , а мотор автомобиля — момент 150 Нм.

Сила притяжения велосипедиста, имеющий массу 40 кг , составляет 40 x 9,8 = 392 Н , т.е. равна массе, умноженной на ускорение свободного падения g. Если велосипедист всей массой нажмет на педаль, укрепленную на кривошипе длиной 0,2 м, то развитый момент составит: 398 x 0,2 = 78,4 Нм — это около половины момента силы который возникает на валу двигателя автомобиля.

Нажимая на педали, велосипедист создает вращающий момент на звездочке цепной передачи. Цепь передает момент на другую звездочку, укрепленную на заднем колесе. Поменяв передаточное отношение цепной передачи, можно увеличить момент на колесе при подъеме вверх.
Нажимая на педали, велосипедист создает вращающий момент на звездочке цепной передачи. Цепь передает момент на другую звездочку, укрепленную на заднем колесе. Поменяв передаточное отношение цепной передачи, можно увеличить момент на колесе при подъеме вверх.

МОМЕНТЫ И РАВНОВЕСИЕ

Доска качели — это рычаг с точкой опоры посередине. Два человека, которые разместились на доске по разные стороны от точки опоры не двигаются, если качели уравновешены. Гравитация создает в любого человека силу тяжести, направленную вниз. Человек справа создает момент силы, пытается повернуть доску по часовой стрелке. Человек слева создает момент пытается повернуть доску против часовой стрелки.

На одну чашу весов добавляют гири, пока весы, на другой чаше которых содержится взвешиваемый груз не уравновесятся. Если оба плеча весов одинаковы, то и массы грузов на обоих чашах совпадают.
На одну чашу весов добавляют гири, пока весы, на другой чаше которых содержится взвешиваемый груз, не уравновесятся. Если оба плеча весов одинаковы, то и массы грузов на обоих чашах совпадают.

Моменты силы вычисляются так же , как крутящий момент: умножением силы на расстояние. Если люди на качелях создают одинаковые по значению, но противоположны по направлению моменты силы, то результирующий момент равен нулю и качели находиться в равновесии. Добиться этого можно и с людьми различной массы. Тяжелого человека нужно посадить ближе к точке опоры, уменьшив тем самым момент силы.

СОСТОЯНИЕ РАВНОВЕСИЯ

Тело находится в состоянии равновесия, если уравновешены все действующие на него силы и моменты сил. Это тело не будет вращаться и не двигаться с ускорением. Консервная банка на плоской поверхности находится в состоянии равновесия. На каждую ее точку действует гравитационная сила. Все эти силы можно заменить одной, приложенной к какой-то точке и направленных вертикально вниз. Это сила притяжения, а точка ее приложения называется центром масс. Со стороны поверхности на основу банки действует сила, равная ее силе притяжения. Если банку наклонить на небольшой угол, и центр масс не выйдет за пределы основы, то реактивная сила будет приложена к ободу банки, создавая с силой притяжения момент, попытается вернуть банку в исходное положение. Если наклонить банку так, что центр масс окажется за пределами основы, то момент силы изменит направление, и банка упадет.

Ссылка на основную публикацию