トルク

ソース:ニコラス ・ ティモンズ、 Asantha Cooray、PhD、物理教室 & 天文学、物理的な科学の学校、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

この実験の目的はトルクのコンポーネントを理解して平衡を達成するためにシステムで複数のトルクのバランスをとるです。どのように力は直線加速度を発生、同様に、トルクも原因は回転の加速力です。力回転の軸線からの距離と力の積として定義されます。システムでトルクの合計がゼロに等しい場合、任意角加速度がありません。

トルクは、回転の軸線からいくつかの距離に適用されるフォースの製品として定義されます。

、 (関係式 1)

どこは、応用力と回転軸までの距離です。トルクの距離を乗じた力の単位がありのでニュートン メートルで測定されます。トルクがベクトルの大きさと方向の両方があります。トルクの方向は、力と距離のコンポーネントにより平面に垂直です。方向は、右手のグリップを使用して決定できます。最初のコンポーネントの方向に指を拡張します。2 番目のコンポーネントの方向に中指を拡張します。これが完了すると、拡張の親指の方向はトルクの方向です。例は、ボルトを締付けレンチです。レンチ、所定の位置にボルトを回転させるトルクは、ボルトからいくつかの距離の終わりには、力が適用されます。長距離では、 、方程式 1から見られるとトルクが大きい。オブジェクトを回転させるのに必要な力は、単に回転の軸線力の長さを増やすことで大幅に削減できます。

システム上のトルクは、そのシステムで角加速度になります。

.(式 2)

ここでは、は角加速度とはそのシステムの慣性モーメント。これはニュートンの第 2 法則の回転と同等、質量慣性モーメントの置き換えと加速度角加速度に置き換えられます。

この実験は、図 1に示すように、その軸を中心に自由に回転することができるメートルの棒を含まれます。

図 1: 実験的セットアップ。
重量は、システムでトルクを発生する回転の軸から様々 な距離でアタッチされます。両側にトルクのバランスがとれているメートルの棒が残りの部分から回転する必要があります。重量または重量の組み合わせからトルクを調べる力スケールは他の側に添付できます。スケールから回転軸までの距離を掛けたスケールを読み取る力は重量からトルクと等しくなります。

1. 2 つの重みを使用して、ビームをバランスします。

1. 右側の最初のフックに 1 つ 200 g を接続することによって開始します。その後、200 g の重量を左側の最初の穴に接続します。残りの部分から解放され、ビームが回転する必要があります。
2. 左側から 200 g の重量を削除します。式 1 100 g 重量が右側にあるからトルクのバランスに置かれる必要がありますを使用してを決定します。体重をかけるし、予測を確認します。

2. 梁のバランスをとる 3 つの重みを使用してください。

1. 100 g の重量を右側の最初のフックに接続します。右に 3 つ目のフックに 100 g の重量を配置します。
2. トルクのバランスを取るため左側に 200 グラムの重量を配置する場所を決定します。
3. トルクのバランスを取るため左側に 100 g の重量を配置する場所を決定します。

3. 複数の重みを使用して、ビームのバランスをとる。

1. 200 g の重量を右側にある 4 番目のフックに接続します。
2. 100 g と 200 g の重量を見つける右側からトルクを分散できます 3 つの方法の任意の組み合わせを使用して、左側にあります。
3. 右側の 4 番目のフックに接続されている 200 g の重量、左側にある最初のフックに力規模を接続し、それが平衡になるまで引っ張る。ビームに垂直な力規模を維持することを確認します。力を記録します。左側に各フックは、これを行うし、値を記録します。
4. 右側の 4 番目のフックに接続されている 200 g の体重に分度器を使用して、ビーム 30 ° を回転させる。力のスケールを左、記録力の 3 番目のフックに取り付けます。60 ° を繰り返します。

ステップ 1.2: 100 g 重量を左側の 2 番目の穴に接続します。

手順 2.2: 200 g 重量を左側の 2 番目の穴に接続します。

手順 2.3: は、100 グラムの重量を左上 4 番目の穴に接続します。

ステップ 3.2: 六つの方法があります。

1) 200 g - 4^番ホール

2) 200 g - 1^st穴、200 g - 3^rd穴

3) 100 g - 2^ndホール、200 g - 3^rd穴

4) 100 g ・ 1^st穴, 200 g - 2^ndホール、100 g - 3^rd穴

5) 200 g - 2^ndホール、4^番ホール 100 g

6) 100 g ・ 1^stホール 100 g - 3^rd穴、4^番ホール 100 g

表 1。3.3 と 3.4 の手順の結果。

# をフックします。	力 (N)	強制的に 30 ° (N)	強制的に 60 ° (N)
1	8	-	-
2	4	-	-
3	2.7	2.3	1.3
4	2	-	-

これらの結果は、式 1によってなされる予言を確認します。梁に接続されているそれぞれの重量は、システムのトルクを提供します。一側の重みは、一方向にトルクを引き起こすが、反対側に重みは反対方向にトルクを発生します。方程式 2によるとビームのトルクの合計が 0 に等しい場合、ビーム回転しないでしょう残りから解放されると。実験のすべての部分のビームは、平衡、トルクはゼロを追加する必要があります。

前述したように、トルクの簡単なアプリケーションがレンチを使用してボルトを締めます。覚えておくべき重要なことは、トルクが 2 つのコンポーネントを持っていることです。レンチでボルトを手で締めにくい場合は、2 つのオプションがあります労働者。多くの力を適用または、長いレンチをちょうど得る彼ことができます。通常、後者はもっと簡単な選択肢です。

商用車は、トルクの値を見積もりとき、注意を払うことをお勧めします。式で見ることができる、トルクが加速車の車輪を作るものです。多くのトルクより多くの加速度。

遊び場でシーソーは、トルクの最適なアプリケーションです。梁の支点を中心に回転し、トルクはどちらかの端に座っている人々 によって提供されます。一人により多くの固まりがある場合は、その側のトルクは大きくなり、反対側に人が撤廃されるでしょう。地面に人を人を得る彼の力に対抗するために彼の足を押し上げることによってトルクを提供します、重量と彼は順番に持ち上げられます。

この実験では、トルクの 2 つの主要なコンポーネントを調べた。トルクは、力と力と回転の軸間距離の製品です。回転ビームの異なる位置に異なる重みを付けてトルク量の変動が作成されました。重い重量が大きな力、したがって大きなトルクに対応しました。回転の軸線から遠いウェイトを配置すると、同じ重さに近い回転の軸線に置かれていた場合よりも大きなトルクにつながった大きなレバー腕が作成されます。ビームの全トルクがゼロに等しい、システムは平衡状態でした。