Katika kozi ya jumla ya fizikia, aina mbili kati ya rahisi zaidi za kusogea kwa vitu angani huchunguzwa - huu ni mwendo wa tafsiri na mzunguko. Ikiwa mienendo ya mwendo wa kutafsiri inategemea utumiaji wa idadi kama vile nguvu na misa, basi dhana za wakati hutumiwa kuelezea kwa kiasi kikubwa mzunguko wa miili. Katika makala haya, tutazingatia kwa formula gani wakati wa nguvu huhesabiwa, na kwa kutatua matatizo ambayo thamani hii inatumiwa.
Muda wa nguvu
Hebu tuwazie mfumo rahisi unaojumuisha nukta nyenzo inayozunguka mhimili kwa umbali r kutoka kwayo. Ikiwa nguvu ya tangential F, ambayo ni perpendicular kwa mhimili wa mzunguko, inatumiwa kwa hatua hii, basi itasababisha kuonekana kwa kasi ya angular ya uhakika. Uwezo wa nguvu kusababisha mfumo kuzunguka huitwa torque au wakati wa nguvu. Hesabu kulingana na fomula ifuatayo:
M¯=[r¯F¯]
Katika mabano ya mraba ni bidhaa ya vekta ya vekta ya radius na nguvu. Vekta ya radius r¯ ni sehemu iliyoelekezwa kutoka kwa mhimili wa mzunguko hadi mahali pa utumiaji wa vekta F¯. Kwa kuzingatia mali ya bidhaa ya vekta, kwa thamani ya moduli ya sasa, fomula katika fizikia itaandikwa kama ifuatavyo:
M=rFsin(φ)=Fd, ambapo d=rsin(φ).
Hapa pembe kati ya vekta r¯ na F¯ inaonyeshwa kwa herufi ya Kigiriki φ. Thamani d inaitwa bega ya nguvu. Kadiri inavyokuwa kubwa, ndivyo nguvu inavyoweza kuunda. Kwa mfano, ukifungua mlango kwa kuubonyeza karibu na bawaba, basi mkono d utakuwa mdogo, kwa hivyo unahitaji kutumia nguvu zaidi kugeuza mlango kwenye bawaba.
Kama unavyoweza kuona kutoka kwa fomula ya wakati huu, M¯ ni vekta. Imeelekezwa kwa ndege iliyo na vekta r¯ na F¯. Mwelekeo wa M¯ ni rahisi kuamua kwa kutumia sheria ya mkono wa kulia. Ili kuitumia, ni muhimu kuelekeza vidole vinne vya mkono wa kulia kando ya vekta r¯ katika mwelekeo wa nguvu F¯. Kisha kidole gumba kilichopinda kitaonyesha mwelekeo wa wakati wa nguvu.
Torque tuli
Thamani inayozingatiwa ni muhimu sana wakati wa kukokotoa hali za usawa kwa mfumo wa miili yenye mhimili wa mzunguko. Kuna hali mbili tu kama hizi katika tuli:
- usawa hadi sufuri wa nguvu zote za nje ambazo zina athari hii au ile kwenye mfumo;
- usawa hadi sufuri wa matukio ya nguvu zinazohusiana na nguvu za nje.
Masharti yote mawili ya usawa yanaweza kuandikwa kihisabati kama ifuatavyo:
∑i(Fi¯)=0;
∑i(Mi¯)=0.
Kama unavyoona, ni jumla ya vekta ya wingi ambayo inahitaji kuhesabiwa. Kuhusu wakati wa nguvu, ni kawaida kuzingatia mwelekeo wake mzuri ikiwa nguvu inafanya zamu dhidi ya saa. Vinginevyo, ishara ya kutoa itatumika kabla ya fomula ya torati.
Kumbuka kwamba ikiwa mhimili wa mzunguko katika mfumo umewekwa kwenye usaidizi fulani, basi nguvu ya majibu ya wakati unaolingana haiundi, kwa kuwa mkono wake ni sawa na sifuri.
Muda wa nguvu katika mienendo
Mienendo ya harakati ya mzunguko kuzunguka mhimili, kama mienendo ya harakati ya kutafsiri, ina mlingano wa kimsingi, kwa msingi ambao matatizo mengi ya vitendo hutatuliwa. Inaitwa equation ya wakati. Fomula inayolingana imeandikwa kama:
M=Iα.
Kwa kweli, usemi huu ni sheria ya pili ya Newton, ikiwa wakati wa nguvu unabadilishwa na nguvu, wakati wa hali ya I - kwa wingi, na kuongeza kasi ya angular α - kwa sifa sawa ya mstari. Ili kuelewa vyema mlingano huu, kumbuka kuwa wakati wa hali ya hewa unachukua nafasi sawa na wingi wa kawaida katika mwendo wa kutafsiri. Wakati wa inertia inategemea usambazaji wa wingi katika mfumo unaohusiana na mhimili wa mzunguko. Kadiri umbali wa mwili kwenye mhimili unavyozidi kuwa mkubwa, ndivyo thamani ya I.
Mongeza kasi wa angular α hukokotolewa katika radiani kwa sekunde yenye mraba. Niinabainisha kasi ya mabadiliko ya mzunguko.
Iwapo muda wa nguvu ni sifuri, basi mfumo haupokei uongezaji kasi wowote, ambao unaonyesha uhifadhi wa kasi yake.
Kazi ya nguvu
Kwa kuwa kiasi kinachochunguzwa hupimwa kwa toni mpya kwa kila mita (Nm), wengi wanaweza kufikiri kwamba inaweza kubadilishwa na joule (J). Hata hivyo, hili halifanyiki kwa sababu kiasi fulani cha nishati hupimwa katika joule, ilhali muda wa nguvu ni sifa ya nguvu.
Kama vile nguvu, moment M pia anaweza kufanya kazi. Inakokotolewa kwa fomula ifuatayo:
A=Mθ.
Ambapo herufi ya Kigiriki θ inaashiria pembe ya mzunguko katika radiani, ambayo mfumo uligeuka kutokana na wakati M. Kumbuka kuwa kama matokeo ya kuzidisha muda wa nguvu kwa pembe θ, vitengo vya kipimo. zimehifadhiwa, hata hivyo, vitengo vya kazi tayari vinatumika, kisha Ndiyo, Joules.
