Cuplu, sau momentul unei forțe, este tendința că a putere trebuie să rotească un corp pe care este aplicat. Cuplul este a vectorperpendicular la planul format de vectori putere și Rayînrotație. Vectorul cuplului poate fi calculat folosind produsul încrucișat al forței și distanței.
Ori de câte ori o forță este aplicată la o anumită distanță de axa de rotație a unui corp, acel corp este supus rotației. Dacă acest corp nu se rotește sau se rotește cu viteza unghiulara constanta, noi spunem că este în echilibrurotativ. Balanța de rotație indică faptul că rezultantaDincupluri acel act asupra unui corp este nul și, prin urmare, acest corp se rotește cu viteză constantă sau zero. Cu alte cuvinte, când cuplurezultanta despre un corp este nul, acest corp nuse prezintaaccelerareunghiular.
O cuplu poate fi înțeles ca fiind agentdinamic a rotaţiilor. În acest fel, este vorba despre mișcările de rotație, așa cum forța este pentru mișcările de translație. Dacă vrem să facem un corp să se rotească în jurul unui punct, trebuie să-l strângem.
unitate de cuplu
Unitatea de cuplu, conform Sistemul Internațional, si Newtonorimetrou (N.m). Prin definiție, atunci când un corp este rotit în sensprograma, cuplul dvs. este negativ; în caz contrar, cuplul aplicat acestuia are modulpozitiv. În plus, direcția și direcția vectorului cuplului pot fi determinate cu ușurință folosind regula mana dreapta. Consultați următoarea diagramă:
Cuplul poate fi determinat prin închiderea mâinii spre forță (F). Este determinată de direcția degetului mare.
Formulă
Modulul cuplului poate fi calculat prin produsul dintre forță, distanță și sinusul unghiului care se formează între aceste două mărimi:
τ – cuplu
r - Ray
F - putere
θ – unghiul dintre r și F
În formula de mai sus, θ este unghiul format între raza de rotație (r) și forța (F). În cazul în care forța este aplicată cu un unghi de 90° față de raza (r), sinusul unghiului este egal cu 1. Raza (r) este determinată de distanța de la punctul de aplicare la axa de rotație a corpului și este cunoscută și sub denumirea de braț de pârghie. Cu cât brațul de pârghie este mai lung pe un corp, cu atât este mai ușor să îl rotești.
Cuplul și momentul unghiular
Cuplul este agentdinamic de rotatie. Când aplicăm un cuplu pe un corp, acel corp poate câștiga vitezăunghiular, continuând să descrie o mișcare de rotație. Spunem că atunci când un corp este în rotație, are timpunghiular. Momentul unghiular este analogic rotativ al timpliniar, de asemenea cunoscut ca si cantitateaîncirculaţie, prin urmare, putem înțelege că momentul unghiular este cantitatea de mișcare de rotație a unui corp sau a unui sistem.
Când cuplul rezultat asupra unui corp este nul, ta timpunghiular ramane constant, altfel momentul unghiular s-ar modifica.
Similar cu forța, care poate fi scrisă ca variația temporală a momentului, cuplul poate fi înțeles ca variația momentului unghiular în raport cu timpul.
Momentul unghiular, la rândul său, poate fi calculat prin produsul încrucișat dintre poziția corpului și impulsul acestuia. Modulul momentului unghiular al unui corp în rotație este determinat de:
L – moment unghiular (kg.m²/s)
r – raza traseului (m)
Q – cantitatea de mișcare (kg.m/s)
θ – unghiul dintre r și Q
Exemple de cuplu
Când deschidem o ușă, aplicăm forță într-un punct îndepărtat de axa ei de rotație, astfel, imprimăm un cuplu mai mare asupra acesteia.
Când pedalezi pe o bicicletă cu trepte, se poate observa că cu cât diametrul coroanei acesteia este mai mare, cu atât cuplul produs de fiecare lovitură de pedală este mai mare.
Când utilizați o șurubelniță, puteți vedea că cu cât diametrul cablului este mai mare, cu atât va fi mai ușor să strângeți sau să scoateți șuruburile.
Exerciții de cuplu rezolvate
1) O forță de 50 N este aplicată la un unghi de 45° unui braț de pârghie de 0,25 m, determinând rotirea manivelei în sens invers acelor de ceasornic.
Date: sin 45º = √2/2
a) Determinați direcția și direcția cuplului exercitat asupra manivelei.
b) Calculaţi cuplul executat la manivelă.
Rezoluţie
a) Conform regulii mâinii drepte, cuplul este în direcția perpendiculară pe planul mânerului, iar direcția lui este îndreptată spre planul ușii.
b) Folosind formula cuplului și datele de exercițiu, să facem următorul calcul:
2) Se aplică un cuplu de 100 N.m la o distanță de 25 cm de axa de rotație a unui corp. Determinați mărimea forței perpendiculare pe planul de rotație al acestui corp și calculați variația momentului unghiular suferit de acest corp într-un interval de timp de 3 s.
Rezoluţie
Pentru a calcula intensitatea forței perpendiculare pe axa de rotație, vom folosi definiția cuplului și datele exercițiului:
Pentru a determina variația momentului unghiular suferită de acest corp, să facem următorul calcul:
De mine. Rafael Helerbrock
Sursă: Brazilia școală - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/torque-uma-forca.htm
