מומנט

מומנט מוגדר כמכפלה הצולבת של המרחק, r, מציר הסיבוב שבו מופעל כוח, והכוח, F:

,(משוואה 1)

איפה הכוח המוחל והוא המרחק לציר הסיבוב. למומנט יש יחידות כוח כפולות מרחק ולכן נמדד במדי ניוטון. מכיוון המומנט הוא וקטור, יש לו גם גודל וגם כיוון. כיוון המומנט מאונך למישור שנעשה על ידי רכיבי הכוח והמרחק. ניתן לקבוע את הכיוון באמצעות יד ימין. הרחב את אצבע המצביע לכיוון הרכיב הראשון. הרחב את האצבע האמצעית לכיוון הרכיב השני. ברגע שזה נעשה, הכיוון של האגודל המורחב הוא הכיוון של המומנט. דוגמה לכך היא מפתח ברגים המהדק בורג. כוח מופעל בסוף מפתח הברגים, מרחק מהבורג, המספק מומנט לסובב את הבורג למקומו. ככל שהמרחק ארוך יותר , כך מומנט גדול יותר, כפי שניתן לראות ממשוואה 1. הכוח הדרוש לסיבוב אובייקט יכול להיות מופחת באופן משמעותי על ידי הגדלת אורך הכוח לציר הסיבוב.

מומנט במערכת יגרום להאצה זוויתית במערכת זו:

. (משוואה 2)

כאן, הוא תאוצה זוויתית והוא הרגע של אינרציה עבור מערכת זו. זהו המקבילה הסיבובית של החוק השני של ניוטון, עם מסה מוחלפת ברגע של אינרציה ותאוצה מוחלף בתאוצה זוויתית.

ניסוי זה יכלול מקל מטר המסוגל להסתובב בחופשיות על צירו, כפי שמוצג באיור 1.

איור 1: התקנה ניסיונית.
משקולות מחוברות במרחקים שונים מציר הסיבוב, אשר יגרום מומנט על המערכת. אם מומנטים משני הצדדים מאוזנים, מקל המונה לא צריך לסובב מן המנוחה. כדי לבחון את המומנט ממשקל או שילוב של משקולות, ניתן לחבר סולם כוח לצד השני. הכוח שקנה המידה קורא כפול המרחק מהסולם לציר הסיבוב יהיה שווה למומנט מהמשקולות.

שלב 1.2: חבר משקל של 100 גרם לחור השני משמאל.

שלב 2.2: חבר את המשקל של 200 גרם לחור השני בצד שמאל.

שלב 2.3: חבר את המשקל של 100 גרם לחור הרביעי משמאל.

שלב 3.2: ישנן שש דרכים שונות:

1) 200 גרם - 4^חור

2) 200 גרם - חור^1, 200 גרם - 3^חורים

3) 100 גרם - 2^חורים, 200 גרם - 3^חורים

4) 100 גרם - חור^1, 200 גרם - 2^חורים, 100 גרם - חור³

5) 200 גרם - 2^חורים, 100 גרם -⁴ חור

6) 100 גרם - חור^{1 st,} 100 גרם - 3^חורים, 100 גרם - 4^חור

טבלה 1. תוצאות לשלבים 3.3 ו-3.4.

תוצאות אלה מאשרות את התחזיות שנעשו על ידי משוואה 1. כל משקל המחובר לקורה מספק מקטור במערכת. בעוד משקולות בצד אחד לגרום מקטור בכיוון אחד, משקולות בצד השני לגרום מקטור בכיוון ההפוך. על פי משוואה 2, כאשר סכום מומנטים על הקרן שווה לאפס, הקרן לא תסתובב כאשר שוחרר מן המנוחה. בכל חלק של הניסוי, כאשר הקרן נמצאת בשיווי משקל, המומנטים חייבים להסתכם באפס.

כפי שהוזכר קודם לכן, יישום פשוט של מומנט הוא באמצעות מפתח ברגים כדי להדק בורג. הדבר החשוב לזכור הוא שלומנט יש שני מרכיבים. אם קשה להדק בורג עם מפתח ברגים ביד, לעובד יש שתי אפשרויות. הוא יכול להפעיל יותר כוח או פשוט לקבל מפתח ברגים ארוך יותר. בדרך כלל, האחרון הוא הבחירה הקלה יותר.

כאשר פרסומת לרכב מצטטת ערך כלשהו של מומנט, מומלץ לשים לב. כפי שניתן לראות על ידי המשוואה , מומנט הוא מה שגורם לגלגלים על מכונית להאיץ. ככל שיש יותר מומנט, כך יש יותר תאוצה.

נדנדה במגרש המשחקים היא יישום מושלם של מומנט. הקרן מסתובבת על נקודת המשען, ואת המומנט מסופק על ידי האנשים יושבים משני קצות. אם לאדם אחד יש יותר מסה, אז המומנט בצד הזה יהיה גדול יותר והאדם בצד השני ירים. כדי לקבל את אותו אדם למטה, האדם על הקרקע מספק מומנט על ידי דחיפה למעלה עם רגליו כדי להתמודד עם כוחו, משקל והוא בתורו הרים.

בניסוי זה נבדקו שני המרכיבים העיקריים של המומנט. מומנט הוא תוצר של כוח והמרחק בין הכוח לציר הסיבוב. על ידי הצבת משקולות שונות בעמדות שונות על קרן מסתובבת, נוצרו כמויות שונות של המומנט. המשקל הכבד יותר התאים לכוח גדול יותר ולכן מומנט גדול יותר. הצבת משקולות רחוקות יותר מציר הסיבוב יצרה זרוע ידית גדולה יותר, מה שגרם מומנט גדול יותר מאשר אם אותו משקל הונח קרוב יותר לציר הסיבוב. כאשר המומנט הכולל על הקרן היה שווה לאפס, המערכת הייתה בשיווי משקל.