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扭矩

Overview

资料来源:尼古拉斯 · 蒂蒙斯Asantha 库雷博士,物理系 & 天文,物理科学学院,加利福尼亚大学,加利福尼亚州欧文市

本试验主要目的是要了解扭矩的组件,系统达到平衡平衡多个力矩。就像一支部队是如何导致线性加速度,扭矩是导致一个旋转的加速度的力。它被定义为产品力和力的旋转轴的距离。如果在系统上的扭矩的总和等于零,系统不会任何角加速度。

Principles

扭矩被定义为该产品应用于一些距离从旋转轴力:

Equation 1(方程 1)

Equation 2是所施加的力和Equation 3到旋转轴之间的距离。扭矩力乘以距离单位,所以测量用牛顿米。因为扭矩是一个向量,它有大小和方向。力的方向是垂直于平面由力和距离的组件。可以用一个人的右手确定方向。延长食指的第一个组件的方向。延长中指的第二个组件的方向。一旦做到这一点,扩展拇指的方向是力的方向。一个例子是一把扳手拧紧螺栓。在力的扳手,螺栓,提供扭矩旋转螺栓到位一些距离年底。路程越长, Equation 3 ,较大的扭矩,可以看出从方程 1。要旋转的对象所需要的力可以通过简单的提升力对旋转轴的长度明显减少。

在系统上的扭矩会造成角加速度在该系统上:

Equation 4.(公式 2)

在这里,Equation 5是角加速度和Equation 6是该系统的转动惯量。这是牛顿第二定律,旋转相当于Equation 7,与大量替换的转动惯量和加速度替换角加速度。

本实验将包括一根米尺,是能够自由旋转轴,如图 1所示。

Figure 1
图 1: 实验装置。
权重不同距离时附加从轴的旋转,会在系统造成的扭矩。如果双方力矩平衡时,米尺不能旋转从休息。若要检查扭矩从重量或组合的权重,部队规模可以附加到另一侧。该部队规模读取从规模到旋转轴的距离乘以将等于扭矩由权重。

Procedure

1.利用两个砝码平衡梁。

  1. 开始通过连接一个 200 g 重量到右边的第一次钩。然后,将 200 克重连接到在左边第一洞。如果从休息中释放,梁应不旋转。
  2. 从左侧删除重 200 克。确定使用方程 1 100 g 体重需要必须放从右侧扭矩平衡。重量放置并确认预测。

2.利用三个重量平衡梁。

  1. 连接到右侧的第一次钩重 100 克。在右边第三个钩子上 100 克重量的地方。
  2. 确定放置在左肩,以平衡扭矩位置重 200 克。
  3. 确定放置位置 100 g 重量上左肩,以平衡力矩。

3.利用多个重量平衡梁。

  1. 在右边的第四个挂钩连接重 200 克。
  2. 在左侧使用 100 克和 200 克的重量找到三种方式,在其中可以平衡扭矩从右侧的任意组合。
  3. 200 g 体重仍连接到右侧的第四个钩,连接到左侧的第一次钩的部队规模与拉,直到它处于平衡状态。请务必保留部队规模垂直于梁。记录该部队。为每个挂接在左边做这和记录的值。
  4. 与 200 g 重量仍连接到右侧的第四个钩,使用量角器旋转梁 30 °。三挂钩的左侧和记录力附加力规模。60 ° 的重复。

Results

第 1.2 步: 连接到在左边第二个洞 100 g 体重。

步骤 2.2: 将 200 g 重量连接到在左边第二个洞。

第 2.3 步: 连接到在左边第四洞 100 g 体重。

步骤 3.2: 有六个不同的方式:

1) 200 g-4

2) 200 g-1孔,200 g-3

3) 100 g-2nd孔,200 g-3

4) 100 g-1孔、-2nd孔,100 克-200 克 3

5) 200 g-2nd孔、 100 g-4

6) 100 g-1孔,100 g-3孔,100 g-4

表 1。3.3 和 3.4 的步骤的结果。

钩 #

(N)

强制在 30 °

(N)

强制在 60 °

(N)

1 8 - -
2 4 - -
3 2.7 2.3 1.3
4 2 - -

这些结果证实方程 1所作的预测。每个连接到梁的重量提供系统上的扭矩。权重一方引起转矩在一个方向,而另一边的权重导致扭矩在相反的方向。根据方程 2,当在梁上的力矩之和等于零,梁不会旋转时释放的其余部分。在每个实验的一部分,当梁处于平衡状态,扭矩必须添加为零。

Application and Summary

正如前面提到的一个简单的应用程序的扭矩利用扳手拧紧螺栓。要记住的重要一点是扭矩有两个组成部分。如果它很难在手拧紧螺栓用的扳手,一名工人有两个选项。他可以应用更多的力量,或者只是得到一个更长的扳手。通常情况下,后者是比较容易的选择。

汽车商业引用一些的扭矩值,时,一个好的主意,要注意。由方程可以看出Equation 4,扭矩是什么使一辆车的轮子加速。更大的扭矩,更多的加速。

在操场上玩跷跷板是扭矩的完美运用。梁绕支点和转矩由坐在两端的人。如果一个人有更多的质量,然后在那边上的扭矩将大和另一边的人必被高举。与他的双腿抬高,对付他的力量,想自杀的人下来,地面上的人提供了扭矩,重量和他反过来举起来。

在这个实验中,考察了扭矩的两个主要组成部分。扭矩是力和力与旋转轴之间的距离的乘积。通过在不同的位置,旋转梁上放置不同的权重,不同数量的扭矩被创造了。更重的重量对应于较大的力,因此较大的扭矩。放置重物从旋转轴的创建更大的杠杆臂,导致较大的扭矩比如果相同重量已接近轴的旋转。当在梁上的总力矩等于零的时候,系统是处于平衡状态。

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0:07

Overview

0:52

Principles of Torque

3:08

Using Torque to Establish Rotational Equilibrium

5:24

Calculation and Results

6:50

Applications

7:58

Summary

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