ການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນ - ບັນຫາ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂ
Torque
1. ຄານຍາວ 140 ຊມ. ມີແຮງສາມຢ່າງທີ່ກະທຳຕໍ່ຄານຄື F 1 = 20 N, F 2 = 10 N, ແລະ F 3 = 40 N ຕາມທິດທາງ ແລະ ຕຳແໜ່ງດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້. ແຮງບິດ ອັນໃດ ທີ່ເຮັດໃຫ້ຄານໝູນອ້ອມຈຸດໃຈກາງມວນສານຂອງຄານ?
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ຈຸດໃຈກາງຂອງມວນສານຕັ້ງຢູ່ຈຸດໃຈກາງຂອງລຳແສງ.
ຄວາມຍາວຂອງລຳແສງ (l) = 140 ຊມ = 1.4 ແມັດ
ແຮງ 1 (F1 ) = 20 N, ແຂນຄັນຍົກ 1 (l1 ) = 70 ຊມ = 0.7 ແມັດ
ແຮງ 2 (F2 ) = 10 N, ແຂນຄັນຍົກ 2 (l2 ) = 100 ຊມ – 70 ຊມ = 30 ຊມ = 0.3 ແມັດ
ແຮງ 3 (F3 ) = 40 N, ແຂນຄັນຍົກ 3 (l3 ) = 70 ຊມ = 0.7 ແມັດ
ຕ້ອງການ: ຂະໜາດຂອງແຮງບິດ
ວິທີແກ້ໄຂ:
ແຮງບິດ 1 ໝຸນລຳແສງຕາມເຂັມໂມງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກກຳນົດເຄື່ອງໝາຍລົບໃຫ້ກັບແຮງບິດ 1.
τ 1 = F 1 l 1 = (20 N)(0.7 m) = -14 N m
ແຮງບິດ 2 ໝຸນລຳແສງທວນເຂັມໂມງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 2.
τ 2 = F 2 l 2 = (10 N)(0.3 m) = 3 N m
ແຮງບິດ 3 ໝຸນລຳແສງຕາມເຂັມໂມງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 3.
τ 3 = F 3 l3 = (40 N)(0.7 m) = -28 N m
ແຮງບິດສຸດທິ:
Στ = -14 Nm + 3 Nm – 28 Nm = – 42 Nm + 3 Nm = -39 Nm
ຂະໜາດຂອງແຮງບິດແມ່ນ 39 N m. ທິດທາງການໝູນຂອງລຳແສງຕາມເຂັມໂມງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກກຳນົດເຄື່ອງໝາຍລົບ.
2. ແຮງບິດສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ຄານແມ່ນຫຍັງ? ແກນໝູນຢູ່ຈຸດ D. (sin 53 o = 0.8)
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ແກນຂອງການຫມຸນຢູ່ຈຸດ D
F 1 = 10 N ແລະ l 1 = r 1 sin θ = (40 cm)(sin 53 o ) = (0.4 m)(0.8) = 0.32 ແມັດ.
F 2 = 10√2 N ແລະ l 2 = r 2 sin θ = (20 cm)(sin 45 o ) = (0.2 m)(0.5√2) = 0.1√2 ແມັດ.
F 3 = 20 N ແລະ l 3 = r 1 sin θ = (10 cm)(sin 90 o ) = (0.1 m)(1) = 0.1 ແມັດ.
ຕ້ອງການ: ແຮງບິດສຸດທິ
ວິທີແກ້ໄຂ:
τ 1 = F 1 l 1 = (10 N)(0.32 m) = 3.2 Nm
(ແຮງບິດ 1 ໝຸນລຳແສງທວນເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 1)
τ 2 = F 2 l 2 = (10√2 N)( 0.1√2 m) = −2 Nm
(ແຮງບິດ 2 ໝຸນລຳແສງຕາມເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍລົບໃຫ້ກັບແຮງບິດ 2)
τ 3 = F 2 l 2 = (20 N)(0.1 m) = 2 Nm
(ແຮງບິດ 3 ໝຸນລຳແສງທວນເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 3)
ແຮງບິດສຸດທິ:
Στ = τ 1 – τ 1 + τ 3
Στ = 3.2 Nm – 2 Nm + 2 Nm
Στ = 3.2 Nm
3. ແຮງບິດສຸດທິແມ່ນຫຍັງຖ້າແກນໝູນຢູ່ຈຸດ D. (sin 53 o = 0.8)
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ແກນຂອງການຫມຸນຢູ່ຈຸດ D.
ໄລຍະຫ່າງ ລະຫວ່າງ F 1 ແລະແກນໝູນ (r AD ) = 40 ຊມ = 0.4 ມ
ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງ F2 ແລະ ແກນໝູນ (rBD ) = 20 ຊມ = 0.2 ມ
ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງ F3 ແລະ ແກນໝູນ (r CD ) = 10 ຊມ = 0.1 ມ
F 1 = 10 ນິວຕັນ
F 2 = 10√2 ນິວຕັນ
F 3 = 20 ນິວຕັນ
ຊິນ 53 o = 0.8
ຕ້ອງການ: ແຮງບິດສຸດທິ
ວິທີແກ້ໄຂ:
ຊ່ວງເວລາຂອງແຮງ 1
Στ 1 = (F 1 )(r AD sin 53 o ) = (10 N)(0.4 m)(0.8) = 3.2 Nm
(ແຮງບິດ 1 ໝຸນລຳແສງທວນເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 1)
ຊ່ວງເວລາຂອງກຳລັງ 2
Στ 2 = (F 2 )(r BD sin 45 o ) = (10√2 N)(0.2 m)(0.5√2) = -2 Nm
(ແຮງບິດ 2 ໝຸນລຳແສງຕາມເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍລົບໃຫ້ກັບແຮງບິດ 2)
ຊ່ວງເວລາຂອງກຳລັງ 3
Στ 3 = (F 3 )(r CD sin 90 o ) = (20 N)(0.1 m)(1) = 2 Nm
(ແຮງບິດ 2 ໝຸນລຳແສງທວນເຂັມໂມງ ດັ່ງນັ້ນພວກເຮົາຈຶ່ງກຳນົດເຄື່ອງໝາຍບວກໃຫ້ກັບແຮງບິດ 3)
ແຮງບິດສຸດທິ:
− Στ = Στ 1 + Στ 2 + Στ 3
Στ = 3.2 – 2 + 2
Στ = 3.2 ນິວຕັນແມັດ
ປັດຈຸບັນຂອງ inertia
4. ຄວາມຍາວຂອງສາຍ = 12 ມ, l1 = 4 ມ. ບໍ່ສົນໃຈມວນສານຂອງສາຍ. ໂມເມັນຄວາມเฉื่อย ຂອງລະບົບ ແມ່ນຫຍັງ .
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ມວນສານ ຂອງ A (mA ) = 0.2 kg
ມວນສານຂອງ B (mB ) = 0.6 kg
ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງ A ແລະແກນໝູນ (r A ) = 4 ແມັດ
ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງ B ແລະແກນໝູນ (r B ) = 12 – 4 = 8 ແມັດ
ຕ້ອງການ: ຊ່ວງເວລາແຫ່ງຄວາມเฉื่อยຂອງລະບົບ
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໂມເມັນແຫ່ງຄວາມเฉื่อยຂອງ A
I A = (m A )(r A 2 ) = (0.2)(4) 2 = (0.2)(16) = 3.2 kg m 2
ໂມເມັນແຫ່ງຄວາມเฉื่อยຂອງ B
I B = (m B )(r B 2 ) = (0.6)(8) 2 = (0.6)(64) = 38.4 ກິໂລກຣາມ ມ 2
ໂມເມັນແຫ່ງຄວາມเฉื่อยຂອງລະບົບ:
I = I A + I B = 3.2 + 38.4 = 41.6 kg m 2.
5. ແຮງ 6-N ຖືກນຳໃຊ້ກັບເຊືອກທີ່ພັນຮອບລໍ້ທີ່ມີມວນ M = 5 kg ແລະລັດສະໝີ R = 20 cm. ຄວາມເລັ່ງມຸມຂອງລໍ້ແມ່ນຫຍັງ. ລໍ້ແມ່ນກະບອກແຂງທີ່ເປັນຮູບຊົງກະບອກ.
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ແຮງ (F) = 6 ນິວຕັນ
ມວນສານ (ມ) = 5 ກິໂລກຣາມ
ລັດສະໝີ (R) = 20 ຊມ = 20/100 ມ = 0.2 ມ
ຕ້ອງການ: ຄວາມເລັ່ງມຸມ (α)
ວິທີແກ້ໄຂ:
ຊ່ວງເວລາຂອງແຮງ:
τ = FR = (6 ນິວຕັນ)(0.2 ແມັດ) = 1.2 N m
ໂມເມັນຄວາມเฉื่อยສຳລັບກະບອກສູບແຂງ:
I = 1/2 MR 2
I = 1/2 (5 ກິໂລກຣາມ) (0.2 ມ) 2
I = 1/2 (5 ກິໂລກຣາມ) (0.04 ມ 2 )
ຂ້ອຍ = 1/2 (0.2)
I = 0.1 ກິໂລກຣາມ ມ 2.
ການເລັ່ງມຸມ:
τ = I α
α = τ / I = 1.2 / 0.1 = 12 rad s −2
6. ກ້ອນມວນສານ = 4 ກິໂລກຣາມ ຫ້ອຍລົງມາຈາກເຊືອກທີ່ພັນຮອບລໍ້ລໍ້ທີ່ມີມວນສານ = 8 ກິໂລກຣາມ ແລະ ລັດສະໝີ R = 10 ຊມ. ຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງແມ່ນ 10 ms -2 . ຄວາມເລັ່ງເສັ້ນຊື່ຂອງກ້ອນມວນສານແມ່ນຫຍັງ? ລໍ້ລໍ້ແມ່ນກະບອກແຂງທີ່ເປັນຮູບຊົງກົມ.
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ມວນສານຂອງລໍ້ (ມ) = 8 ກິໂລກຣາມ
ລັດສະໝີຂອງລໍ້ (r) = 10 ຊມ = 0.1 ແມັດ
ມວນສານຂອງບລັອກ (ມ) = 4 ກິໂລກຣາມ
ຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (g) = 10 m/s 2
ນ້ຳໜັກ (w) = ມກ = (4 ກິໂລກຣາມ)(10 ມ/ວິນາທີ 2 ) = 40 ກິໂລກຣາມ ມ/ວິນາທີ 2 = 40 ນິວຕັນ
ຕ້ອງການ: ການເລັ່ງການຕົກຢ່າງເສລີຂອງບລັອກ
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໂມເມັນແຫ່ງຄວາມเฉื่อยຂອງກະບອກສູບແຂງ:
I = 1/2 MR 2 = 1/2 (8 ກິໂລກຣາມ)(0.1 ມ) 2 = (4 ກິໂລກຣາມ)(0.01 ມ 2 ) = 0.04 ກິໂລກຣາມ ມ 2
ຊ່ວງເວລາຂອງແຮງ:
τ = F r = (40 N)(0.1 m) = 4 Nm
ການເລັ່ງມຸມ:
Στ = I α
4 = 0.04 α
α = 4 / 0.04 = 100
ການເລັ່ງເສັ້ນຊື່:
a = r α = (0.1)(100) = 10 m/s 2
7. ທ່ອນໄມ້ທີ່ມີມວນ m ຫ້ອຍຈາກເຊືອກພັນຮອບລໍ້. ຖ້າ ຄວາມເລັ່ງ ຕົກຢ່າງເສລີ ຂອງທ່ອນໄມ້ແມ່ນ am/s 2 , ແລ້ວໂມເມັນຄວາມเฉื่อยຂອງລໍ້ແມ່ນຫຍັງ.
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ນ້ຳໜັກ = w = ມກ
ແຂນຍົກ = R
ຄວາມເລັ່ງມຸມ = α
ຄວາມເລັ່ງການຕົກຢ່າງເສລີຂອງບລັອກ = a ms -2
ຕ້ອງການ: ໂມເມັນຄວາມเฉื่อยຂອງລູກລໍ້ (I)
ວິທີແກ້ໄຂ:
ການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງການເລັ່ງເສັ້ນຊື່ ແລະ ການເລັ່ງມຸມ
a = R α
α = a / R
ຊ່ວງເວລາຂອງຄວາມเฉื่อย:
τ = I α
I = τ : α = τ : a / R = τ (R / a) = τ R a -1
ໂມເມນຕຳມຸມ
8. ອະນຸພາກນ້ຳໜັກ 0.2 ກຣາມ ເຄື່ອນທີ່ເປັນວົງມົນດ້ວຍຄວາມໄວຄົງທີ່ 10 ແມັດ/ວິນາທີ. ລັດສະໝີຂອງວົງມົນແມ່ນ 3 ຊມ. ໂມເມນຕຳມຸມຂອງອະນຸພາກແມ່ນຫຍັງ?
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ມວນສານຂອງອະນຸພາກ (ມ) = 0.2 ກຣາມ = 2 x 10 -4 ກິໂລກຣາມ
ຄວາມໄວມຸມ (ω) = 10 rad s -1
ລັດສະໝີ (r) = 3 ຊມ = 3 x 10 -2 ແມັດ
ຕ້ອງການ: ໂມເມນຕຳມຸມຂອງອະນຸພາກ
ວິທີແກ້ໄຂ:
ສົມຜົນຂອງໂມເມນຕຳມຸມ:
L = I ω
I = ໂມເມນຕຳມຸມ, I = ໂມເມນຕຳຄວາມเฉื่อย, ω = ຄວາມໄວມຸມ
ໂມເມັນຂອງຄວາມเฉื่อย (ສຳລັບອະນຸພາກ):
I = mr 2 = (2 x 10 -4 )(3 x 10 -2 ) 2 = (2 x 10 -4 )(9 x 10 -4 ) = 18 x 10 -8
ໂມເມນຕຳມຸມ:
L = I ω = (18 x 10 -8 )(10 rad s -1 ) = 18 x 10 -7 kg m 2 s -1
- ການເຄື່ອນໄຫວໝູນວຽນແມ່ນຫຍັງ?
- ຄໍາຕອບການເຄື່ອນທີ່ແບບໝູນວຽນໝາຍເຖິງການເຄື່ອນທີ່ຂອງວັດຖຸອ້ອມຮອບແກນຄົງທີ່. ມັນເປັນການເຄື່ອນທີ່ທີ່ທຸກໆຈຸດຂອງວັດຖຸເຄື່ອນທີ່ເປັນວົງມົນອ້ອມຮອບແກນ.
- ຄວາມໄວເສັ້ນຊື່ມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມໄວມຸມໃນການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບຄວາມໄວເສັ້ນຊື່ () ຂອງຈຸດໃນວັດຖຸທີ່ໝູນວຽນແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບໄລຍະຫ່າງຂອງມັນ () ຈາກແກນໝູນ ແລະ ຄວາມໄວມຸມ () ຂອງວັດຖຸ. ຄວາມສຳພັນແມ່ນໄດ້ຮັບໂດຍ .
- ໂມເມັນແຫ່ງຄວາມเฉื่อยແມ່ນຫຍັງ, ແລະມັນກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບໂມເມັນຄວາມเฉื่อย ແມ່ນການປຽບທຽບການໝູນຂອງມວນສານໃນການເຄື່ອນທີ່ເສັ້ນຊື່. ມັນວັດແທກຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດຖຸຕໍ່ການປ່ຽນແປງໃນສະພາບການໝູນຂອງມັນ. ໂມເມັນຄວາມเฉื่อยແມ່ນຂຶ້ນກັບທັງມວນສານຂອງວັດຖຸ ແລະ ການແຈກຢາຍຂອງມັນທຽບກັບແກນໝູນ.
- ກົດເກນການເຄື່ອນທີ່ຂໍ້ທຳອິດຂອງນິວຕັນນຳໃຊ້ກັບການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນໄດ້ແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບເຊັ່ນດຽວກັບວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ເປັນເສັ້ນຊື່ຍັງຄົງເຄື່ອນທີ່ ເວັ້ນເສຍແຕ່ວ່າຈະມີແຮງພາຍນອກມາກະທົບ, ວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນຈະຍັງຄົງຢູ່ໃນສະພາບນັ້ນ ເວັ້ນເສຍແຕ່ວ່າຈະມີແຮງບິດພາຍນອກມາກະທົບ.
- ລັດສະໝີຂອງການໝຸນວຽນມີຄວາມສຳຄັນແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບລັດສະໝີຂອງການໝຸນວຽນໃຫ້ມາດຕະການການແຈກຢາຍມວນສານຂອງວັດຖຸອອກຈາກແກນໝູນຂອງມັນ. ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວມັນອະທິບາຍວ່າມວນສານທັງໝົດຂອງວັດຖຸຈະຕ້ອງໄດ້ເຂັ້ມຂຸ້ນຈາກແກນເທົ່າໃດເພື່ອໃຫ້ມີໂມເມັນຄວາມเฉื่อยດຽວກັນກັບການແຈກຢາຍເດີມ.
- ໂມເມນຕຳມຸມແມ່ນຫຍັງ ແລະ ມັນຖືກຮັກສາໄວ້ແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບໂມເມນຕຳມຸມແມ່ນຄ່າທຽບເທົ່າຂອງການໝູນຂອງໂມເມນຕຳເສັ້ນຊື່. ມັນເປັນຜົນຄູນຂອງໂມເມນຕຳຄວາມเฉื่อยຂອງວັດຖຸ ແລະ ຄວາມໄວມຸມຂອງມັນ. ໃນລະບົບປິດ, ໂມເມນຕຳມຸມທັງໝົດຍັງຄົງທີ່ ເວັ້ນເສຍແຕ່ວ່າຈະຖືກກະທົບຈາກແຮງບິດພາຍນອກ, ເຊິ່ງເນັ້ນໃຫ້ເຫັນເຖິງການອະນຸລັກໂມເມນຕຳມຸມ.
- ແຮງບິດມີອິດທິພົນຕໍ່ການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບແຮງບິດແມ່ນແຮງທຽບເທົ່າກັບການໝູນວຽນ. ມັນເຮັດໃຫ້ເກີດການປ່ຽນແປງໃນການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນຂອງວັດຖຸ. ຄວາມສຳພັນແມ່ນໄດ້ກຳນົດໂດຍກົດຂໍ້ທີສອງຂອງນິວຕັນສຳລັບການໝູນວຽນ: , ບ່ອນທີ່ ແມ່ນແຮງບິດ, ແມ່ນຊ່ວງເວລາຂອງຄວາມเฉื่อย, ແລະ ແມ່ນຄວາມເລັ່ງມຸມ.
- ຈຸດໃຈກາງມວນສານແຕກຕ່າງຈາກຈຸດໃຈກາງຂອງການໝູນແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບໃນຂະນະທີ່ພວກມັນສາມາດກົງກັນໄດ້, ຈຸດສູນກາງມວນສານແມ່ນຈຸດທີ່ມວນສານທັງໝົດຂອງວັດຖຸສາມາດຖືກສົມມຸດວ່າເຂັ້ມຂຸ້ນສຳລັບຈຸດປະສົງຂອງການຄິດໄລ່ໃນການເຄື່ອນທີ່ເສັ້ນຊື່, ໃນຂະນະທີ່ຈຸດສູນກາງຂອງການໝຸນແມ່ນຈຸດ (ຫຼື ແກນ) ທີ່ວັດຖຸໝຸນ.
- ບົດບາດຂອງແຮງສູນກາງໃນການເຄື່ອນທີ່ໝູນວຽນແມ່ນຫຍັງ?
- ຄໍາຕອບແຮງສູນກາງແມ່ນແຮງສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນເສັ້ນທາງວົງມົນ, ມຸ່ງໄປສູ່ຈຸດໃຈກາງຂອງການໝູນ. ມັນມີໜ້າທີ່ຮັກສາວັດຖຸໃຫ້ຢູ່ໃນເສັ້ນທາງໂຄ້ງຂອງມັນ ແລະ ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ມັນເຄື່ອນທີ່ໃນເສັ້ນຊື່ເນື່ອງຈາກຄວາມเฉื่อย.
-
ພະລັງງານຈົນຂອງການໝູນວຽນມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັບໂມເມັນຂອງຄວາມเฉื่อย ແລະ ຄວາມໄວມຸມແນວໃດ?
- ຄໍາຕອບພະລັງງານຈົນໝູນວຽນແມ່ນພະລັງງານທີ່ເກີດຈາກການໝູນຂອງວັດຖຸຮອບແກນ. ມັນໄດ້ຮັບຈາກສູດ: , ບ່ອນທີ່ ແມ່ນປັດຈຸບັນຂອງ inertia ແລະ ແມ່ນຄວາມໄວມຸມ.