ทอร์กกับกฎคาน

กฎคาน

ความสามารถของแรงในการหมุนสิ่งของรอบจุดหมุนขึ้นกับทั้งแรงดันและระยะจากจุดหมุน แรงเดียวกันที่กระทำไกลกว่าสร้างพลังหมุนมากกว่า นี่คือเหตุที่ประแจยาวคลายสลักดื้อง่ายกว่าประแจสั้น

สูตร

τ = r · F

• τ — ทอร์ก (N·m): พลังการหมุนของแรงรอบจุดหมุน
• r — แขนคาน (m): ระยะจากจุดหมุนถึงที่ที่แรงกระทำ
• F — แรง (N): แรงดันหรือดึงที่ตั้งฉากกับแขนคาน

ตัวอย่างที่แก้ไข

คุณดันตั้งฉากกับประแจที่จุดห่างสลัก 0.5 เมตร ด้วยแรง 20 N คุณออกทอร์กเท่าไร

• r = 0.5 m
• F = 20 N

1. τ = r · F
2. τ = 0.5 m × 20 N

τ = 10 N·m

ทดสอบความเข้าใจของคุณ

พบเห็นได้ที่ไหน

ประแจยาวจึงคลายน็อตติดขาดได้ง่ายกว่าแบบสั้น; ที่จับประตูตั้งห่างจากบานพับ เพื่อให้แรงกดเล็กน้อยเปิดประตูหนัก; และกระดานดุ่มดิ่งสมดุลเมื่อบุคคลเบาตัวนั่งห่างจากจุดหมุนมากกว่าบุคคลหนัก ทั้งสามเป็นกฎข้อเดียว: แรงที่ใช้ห่างจากจุดหมุนมีผลการหมุนมากกว่า

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

เป็นเรื่องง่ายที่จะคิดว่าแรงที่มากขึ้นจะชนะที่จุดหมุนเสมอ แต่แรงที่เล็กกว่าที่ใช้ห่างออกไปสามารถเอาชนะแรงที่มากขึ้นที่ใช้ใกล้ชิด — นั่นคือจุดทั้งหมดของคานเดือย นักเรียนยังเกินความคิดของความคิด: เฉพาะส่วนประกอบของแรงที่ตั้งฉากกับแขนคานเท่านั้นที่มีส่วนสนับสนุนในแรงบิด; ดังนั้นแรงที่ผลักเป็นเส้นตรงตามแขนไปยังจุดหมุนจึงไม่หมุนอะไรเลย

เชื่อมโยงอย่างไร

แรงบิดคือแฝดการหมุนของกฎข้อที่สองของนิวตัน — แรงสร้างความเร่งเชิงเส้น แรงบิดสร้างความเร่งเชิงมุม โดยมีตรรกะพื้นฐานเดียวกัน แรงศูนย์กลาง ต่อจากนี้ กลับมาที่แรงนิวตันเชิงเส้น แต่สำหรับกรณีพิเศษของบางสิ่งบางอย่างที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมแทนที่จะหมุนรอบแกนคงที่

ลองการจำลองแบบโต้ตอบ

• คานสมดุล
• คานแขนไม่เท่ากัน

แนวคิดที่เกี่ยวข้อง

• กฎข้อที่สองของนิวตัน
• การอนุรักษ์พลังงาน
• การอนุรักษ์โมเมนตัม
• กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน
• กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์
• แรงสู่ศูนย์กลาง