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Was ist das Drehmoment?

Mar 30, 2017
Sie haben wahrscheinlich schon einmal von Drehmoment gehört, vielleicht bei der Besprechung von Autos. Jetzt lernen, was es wirklich ist und was es mit Rotationsgleichgewicht zu tun hat. Dann arbeiten Sie durch ein Beispielproblem, das die beiden kombiniert.

Drehmoment im Alltag

Wenn wir den Begriff "Drehmoment" erheben, ist es am häufigsten im Zusammenhang mit Automobilen. Drehmoment ist einer der Begriffe, die üblicherweise herumgeworfen werden, um zu beschreiben, wie mächtig ein Auto ist, aber was genau bedeutet das? In einem Auto ist das Drehmoment die Kraft, die die Kolben auf die Kurbelwelle legen, wodurch sie und die Räder sich drehen.

Während oft als ein Automobil-Begriff, Drehmoment ist eigentlich ein allgemeiner Physik Begriff, der viele Anwendungen hat. Drehmoment ist definiert als eine Verdrehungskraft, die dazu neigt, eine Drehung zu verursachen. Wir nennen den Punkt, an dem das Objekt die Drehachse dreht. Sie verwenden jeden Tag Drehmoment, ohne es zu merken. Sie wenden Drehmoment dreimal an, wenn Sie einfach eine verschlossene Tür öffnen. Drehen Sie den Schlüssel, drehen Sie den Türknauf und schieben Sie die Tür offen, so dass es auf seinen Scharnieren schwingt alle Methoden der Anwendung eines Drehmoments.

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Physik des Drehmoments

Um eine lineare Kraft zu finden, müssen wir eine Masse und eine Beschleunigung kennen. Allerdings ist das Drehmoment ein wenig anders, dank der Rotation beteiligt. Denken Sie daran, eine Tür zu öffnen. Wo drückst du es an, wenn du es öffnen willst? Du drückst auf die Seite der Tür, wo es keine Scharniere gibt, weil das Schieben auf die Seite mit den Scharnieren würde es viel schwerer zu öffnen. Für das Drehmoment müssen wir also nicht nur die Masse und Beschleunigung einer linearen Kraft kennen, sondern auch, wie weit diese Kraft von der Rotationsachse ist, da wir auch unterschiedliche Ergebnisse erzielen können. Wir sehen dies im Diagramm und Gleichung für Drehmoment.



T = F * r * sin ( theta )

T = Drehmoment

F = lineare Kraft

R = Abstand gemessen von der Drehachse, wo die lineare Kraft angelegt wird

Theta = der Winkel zwischen F und r

In unserer Gleichung hat die Sünde ( Theta ) keine Einheiten, r hat Einheiten von Metern (m) und F hat Einheiten von Newton (N). Zusammengefasst können wir sehen, dass eine Drehmomenteinheit ein Newton-Meter (Nm) ist.

Schließlich ist theta erforderlich, um die Richtung zu berücksichtigen, aus der die lineare Kraft aufgebracht wird. Die Kraft wird nicht immer wie eine Tür aus gerade gedrückt. Es kann aus vielen verschiedenen Winkeln kommen.

Rotationsgleichgewicht

So haben wir gesehen, wie ein Drehmoment an einem Objekt arbeiten kann, aber man kann ganz einfach mehr als ein Drehmoment auf einmal auftragen. Denken Sie zurück an den Automotor. In jedem Auto gibt es mehr als einen Kolben, der Drehmoment auf die Kurbelwelle aufbringt. In diesem Fall gibt es ein Gesamtdrehmoment, das die Summe jedes einzelnen Drehmoments ist.

Gesamt T = T {1} + T {2} + ... + T {n}

In dieser Gleichung ist n die Gesamtzahl der Drehmomente, die auf das Objekt angewendet werden. Es gibt auch einen speziellen Fall von diesem sogenannten Rotationsgleichgewicht . Hier ist die Addition aller Drehmomente, die auf ein Objekt wirken, gleich Null. Wenn dies geschieht, kann dies bedeuten, dass es kein Drehmoment gibt, das auf das Objekt wirkt, oder alle Drehmomente, die auf das Objekt wirken, lösen sich gegenseitig aus. Um die Drehmomente auszuprobieren, schauen wir uns einen einfachen Fall mit zwei Drehmomenten an: eine Wippe.



Im oberen Teil des Bildes sitzen zwei Kinder auf einer Wippe, die sich nicht bewegt. Sie sind auf der Rotationsachse ausgeglichen, was bei einer Wippe der Drehpunkt ist. Beide Kinder üben eine Kraft mit ihrem Gewicht aus, sonst bekannt als die Kraft aufgrund der Schwerkraft. Kind 1 versucht, die Wippe gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, und Kind 2 versucht, es im Uhrzeigersinn zu drehen. Solange die Größen der beiden Drehmomente gleich sind, heben sie sich gegenseitig auf, da sie versuchen, die Wippe in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen.

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Betrachten wir eine Beispielrechnung unter Verwendung des Rotationsgleichgewichts und der Gleichung für das Drehmoment.



Die Wippe im Bild ist im Rotationsgleichgewicht und bewegt sich nicht. Wir wollen finden, wie weit Kind 2 nach rechts von der Rotationsachse am Drehpunkt ist. Kind 1 nach links hat eine Masse von 38 kg und ist 4 m vom Drehpunkt entfernt. Kind 2 hat eine Masse von 25 kg.