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文檔簡介
TorquerotationforcebalanceStaticequilibriumWehaveconsideredforcesactingonasinglepoint.-point-massmodeltheobjectmovesasapointmass–atranslationalmotion.ForcesandTorquesNowweconsidertheobjecthavingcertainshapeandsize.Whatiftheforcesactondifferentpointsoftheobject?Atorqueisaphysicalquantitythatis:aproduct
ofaforceandadistance.ATorqueisalsoknownasthe“MomentofForce”.Itoperatesatsomedistancefromthepivotpoint.It’sactionrotatesanobject.Torque/MomentofForceFdpivot
TheSIunitisN·m,butitisNOTjoule(J)!Fd
dF
F
Thedirectionsoftorqueare“clockwise”or“anti-clockwise”ForceCoupleTwooppositeandequalforcesthatactondifferentpointsofanobjectareknownasa“couple”.Acouplewillrotatetheobject-itexertsatorque.*FFNocontributiontothenetforcecontributetothenettorque*FF*l/2l/2
clockwisecenterofrotationExampleAmechanicexertsaforceof100Nperpendiculartotheendofawrench300mmlong.Whatisthetorqueappliedtothescrewnut?
Clockwise–tofastenthescrewAnti-clockwise–toloosenthescrewAchildofweight150Nsitsontheendofasee-sawoftotallength3m.Herfatherstands0.5mfromthemiddleofthesee-sawandpushesdown.Whatforcemustheexerttobalancehisdaughter?Ifherolderbrother(weight200N)getsonthesee-saw,whereshouldhesittobalancehissister?150N3mF=?0.5ma)Anti-clockwisetorque=positiveClockwisetorque=negativeTobalance,thesumofthemomentsmustbezero.(150Nx1.5m)+(-Fx0.5m)=0Example:balanceoftorquesF=(150x1.5)/0.5=450NF1d1+F2d2=0d2=-(F1d1)/F2
=-(-1.5mx150N)/200N150N3md2=?200Nd2=1.125mfromthecenter(or1.5–1.125=0.375mfromend)LeversWecanusetheconceptoftorque/momentstoexplainhowasimpleleverworks:Momentduetoweight=+l1·MgMomentduetoperson=-l2·WMaximummasswhenthesecancel-(totalmomentiszero)l1Mg=l2WM=(l2/
l1)·W/gWMg?kgl1l2W+MgWhatisthemaximummassthepersoncanlift?(l2/
l1)isthemechanicaladvantageofthelever,thelargeritis,thelargerthemassthatthepersoncanliftThebarisbalanced.WhatisthevalueofF?F?50N10N5N10N20N-10-8-4+30+8+10WedonotknowthedirectionofF,soweassumeitisup
ANTIANTIANTICLOCKCLOCKCLOCKCLOCKWISEANTI-CLOCKWISEExample
Fisactually15NinthedownwarddirectionF?50N10N5N10N20N-10-8-4+30+8+10ANTIANTIANTICLOCKCLOCKCLOCK-100-20–160+400+30+10F=0F=-15N
Balance→
StaticEquilibriumAnobjectisinstaticequilibriumif:ThesumofallexternalforcesiszeroThesumofallexternaltorquesiszeroANDIthasnotranslationalmotionIthasnorotationalmotionandConditionsofstaticequilibrium15N50N10N5N10N20N-10-8-4+30+8+10ANTIANTICLOCKCLOCKCLOCKCLOCKIfthebarhasaweightof20Nandisinstaticequilibrium,whatistheforcefromthefulcrum(pivot)?F=?W=20N
√10+5+F+10-50–20–20–15=0F=80NExampleA5kgmassisplaced0.3mfromleftendofa1mlongplankthatissupportedateachendbyapairofscales.Whatweightdoeseachscaleread?
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