Mienendo ya mzunguko ni mojawapo ya matawi muhimu ya fizikia. Inaelezea sababu za harakati za miili katika mduara kuzunguka mhimili fulani. Moja ya idadi muhimu ya mienendo ya mzunguko ni wakati wa nguvu, au torque. Wakati wa nguvu ni nini? Hebu tuchunguze dhana hii katika makala haya.
Unapaswa kujua nini kuhusu mzunguko wa miili?
Kabla ya kutoa jibu kwa swali ni wakati gani wa nguvu, hebu tuangazie mchakato wa mzunguko kutoka kwa mtazamo wa jiometri ya kimwili.
Kila mtu kwa njia angavu anawazia kile kilicho hatarini. Mzunguko unamaanisha msogeo kama huo wa mwili katika nafasi, wakati ncha zake zote zinasogea kwenye njia za duara kuzunguka mhimili au sehemu fulani.
Tofauti na harakati za mstari, mchakato wa mzunguko unafafanuliwa kwa sifa za kimaumbile za angular. Miongoni mwao ni angle ya mzunguko θ, kasi ya angular ω na kuongeza kasi ya angular α. Thamani ya θ hupimwa kwa radiani (radi), ω - katika rad/s, α - katika rad/s2.
Mifano ya mzunguko ni mwendo wa sayari yetu kuzunguka nyota yake,kusokota rota ya injini, kusogea kwa gurudumu la Ferris na mengineyo.
Dhana ya torque
Wakati wa nguvu ni kiasi halisi sawa na bidhaa ya vekta ya vekta ya radius r¯, inayoelekezwa kutoka kwa mhimili wa mzunguko hadi mahali pa kuweka nguvu F¯, na vekta ya nguvu hii. Kihisabati, hii imeandikwa hivi:
M¯=[r¯F¯].
Kama unavyoona, muda wa nguvu ni wingi wa vekta. Mwelekeo wake umeamua na utawala wa gimlet au mkono wa kulia. Thamani ya M¯ inaelekezwa sawa na ndege ya mzunguko.
Katika mazoezi, mara nyingi inakuwa muhimu kukokotoa thamani kamili ya wakati M¯. Ili kufanya hivyo, tumia usemi ufuatao:
M=rFdhambi(φ).
Ambapo φ iko pembe kati ya vekta r¯ na F¯. Bidhaa ya moduli ya vekta ya radius r na sine ya pembe iliyowekwa alama inaitwa bega la nguvu d. Mwisho ni umbali kati ya vekta F¯ na mhimili wa mzunguko. Fomula iliyo hapo juu inaweza kuandikwa upya kama:
M=dF, ambapo d=rdhambi(φ).
Muda wa nguvu hupimwa kwa toni mpya kwa kila mita (Nm). Hata hivyo, hupaswi kuamua kutumia joule (1 Nm=1 J) kwa sababu M¯ si koleo, bali ni vekta.
Maana halisi ya M¯
Maana halisi ya wakati wa nguvu ni rahisi kuelewa kwa mifano ifuatayo:
- Tunapendekeza kufanya jaribio lifuatalo: jaribu kufungua mlango,kuisukuma karibu na bawaba. Ili kufanya operesheni hii kwa mafanikio, utalazimika kutumia nguvu nyingi. Wakati huo huo, kushughulikia kwa mlango wowote hufungua kwa urahisi kabisa. Tofauti kati ya kesi mbili zilizoelezwa ni urefu wa mkono wa nguvu (katika kesi ya kwanza, ni ndogo sana, hivyo wakati ulioundwa pia utakuwa mdogo na unahitaji nguvu kubwa)
- Jaribio lingine linaloonyesha maana ya torque ni kama ifuatavyo: chukua kiti na ujaribu kukishikilia huku mkono wako ukinyoosha mbele kwa uzani. Ni ngumu sana kufanya hivi. Wakati huo huo, ukibonyeza mkono wako na kiti kwenye mwili wako, basi kazi haitaonekana kuwa kubwa tena.
- Kila mtu anayehusika katika teknolojia anajua kuwa ni rahisi zaidi kung'oa nati kwa kisu kuliko kuifungua kwa vidole vyako.
Mifano hii yote inaonyesha jambo moja: muda wa nguvu unaonyesha uwezo wa mfumo wa pili kuzungusha mfumo kuzunguka mhimili wake. Kadiri torati inavyokuwa kubwa, ndivyo uwezekano wa kugeuza mfumo na kuupa kasi ya angular.
Torque na usawa wa miili
Statics - sehemu inayochunguza sababu za usawa wa miili. Ikiwa mfumo unaozingatiwa una shoka moja au zaidi ya mzunguko, basi mfumo huu unaweza uwezekano wa kufanya mwendo wa mviringo. Ili kuzuia hili lisifanyike na mfumo ulikuwa umepumzika, jumla ya matukio n ya nje ya nguvu zinazohusiana na mhimili wowote lazima iwe sawa na sifuri, yaani:
∑i=1Mi=0.
Unapotumia hiimasharti ya usawa wa miili wakati wa kutatua matatizo ya vitendo, ikumbukwe kwamba nguvu yoyote inayoelekea kuzunguka mfumo kinyume cha saa hujenga torque chanya, na kinyume chake.
Ni wazi, ikiwa nguvu itawekwa kwenye mhimili wa mzunguko, basi haitaunda wakati wowote (bega d ni sawa na sifuri). Kwa hivyo, nguvu ya mwitikio ya usaidizi kamwe haileti muda wa nguvu ikiwa itakokotolewa kuhusiana na usaidizi huu.
Tatizo la mfano
Baada ya kufahamu jinsi ya kubainisha muda wa nguvu, tutatatua tatizo la kimwili lifuatalo la kuvutia: tuseme kwamba kuna jedwali kwenye vihimili viwili. Jedwali lina urefu wa mita 1.5 na uzani wa kilo 30. Uzito wa kilo 5 umewekwa kwa umbali wa 1/3 kutoka kwa makali ya kulia ya meza. Ni muhimu kukokotoa ni nguvu gani ya mwitikio itachukua hatua kwa kila tegemezi la jedwali lenye mzigo.
Hesabu ya tatizo inapaswa kufanyika katika hatua mbili. Kwanza, fikiria meza bila mzigo. Nguvu tatu hutenda juu yake: athari mbili za usaidizi zinazofanana na uzito wa mwili. Kwa kuwa meza ni ya ulinganifu, athari za viunga ni sawa kwa kila mmoja na kwa pamoja husawazisha uzani. Thamani ya kila jibu la usaidizi ni:
N0=P / 2=mg / 2=309, 81 / 2=147, 15 N.
Punde tu mzigo unapowekwa kwenye jedwali, thamani za maitikio ya vianzo hubadilika. Ili kuzihesabu, tunatumia usawa wa wakati. Kwanza, fikiria nyakati za kaimu za nguvu zinazohusiana na usaidizi wa kushoto wa meza. Kuna mbili ya wakati huu: mmenyuko wa ziada wa usaidizi sahihi bila kuzingatia uzito wa meza na uzito wa mzigo yenyewe. Kwa kuwa mfumo uko katika usawa,pata:
ΔN1 l - m1 g2 / 3l=0.
Huu ndio urefu wa meza, m1 ni uzani wa mzigo. Kutoka kwa usemi tunapata:
ΔN1=m1 g2 / 3=2 / 39, 815=32, 7 N.
Kwa njia sawa, tunakokotoa majibu ya ziada kwa usaidizi wa kushoto wa jedwali. Tunapata:
-ΔN2 l + m1 g1/3l=0;
ΔN2=m1 g1 / 3=1 / 359, 81=16, 35 N.
Ili kukokotoa miitikio ya vihimili vya jedwali na mzigo, unahitaji thamani ΔN1 na ΔN2kuongeza kwa N0 , tunapata:
msaada wa kulia: N1=N0+ ΔN1=147, 15 + 32, 7=179, 85 N;
msaada wa kushoto: N2=N0 + ΔN2=147, 15 + 16, 35=163, 50 N.
Kwa hivyo, mzigo kwenye mguu wa kulia wa jedwali utakuwa mkubwa kuliko wa kushoto.
