什么是力矩?
在
物理學(xué)里,
作用力使物體繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸或支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨向,稱為
力矩(torque)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又稱為轉(zhuǎn)矩。力矩能夠使物體改變其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。推擠或拖拉涉及到作用力 ,而扭轉(zhuǎn)則涉及到力矩。如圖1,力矩等于徑向矢量與作用力的叉積。
(圖1)
簡(jiǎn)略地說(shuō),
力矩是一種施加于好像螺栓或飛輪一類的物體的扭轉(zhuǎn)力。例如,用扳手的開(kāi)口箝緊螺栓或螺帽,然后轉(zhuǎn)動(dòng)扳手,這動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生力矩來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓或螺帽。
根據(jù)國(guó)際單位制,力矩的單位是牛頓
米。本物理量非能量,因此不能以焦耳(J)作單位;根據(jù)英制單位,力矩的單位則是英尺
磅。力矩的表示符號(hào)是希臘字母
,或
。
力矩計(jì)算公式
力矩與三個(gè)物理量有關(guān):施加的作用力
、從轉(zhuǎn)軸到施力點(diǎn)的位移矢量
、兩個(gè)矢量之間的夾角
。力矩
以矢量方程表示為
。
力矩的大小為
。
力矩的定義
力矩等于作用于杠桿的作用力乘以支點(diǎn)到力的垂直距離。例如,3 牛頓的作用力,施加于離支點(diǎn)2 米處,所產(chǎn)生的力矩,等于1牛頓的作用力,施加于離支點(diǎn)6米處,所產(chǎn)生的力矩。力矩是個(gè)矢量。力矩的方向與它所造成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸同方向。力矩的方向可以用右手定則來(lái)決定。假設(shè)作用力垂直于杠桿。將右手往杠桿的旋轉(zhuǎn)方向彎卷,伸直的大拇指與支點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸同直線,則大拇指指向力矩的方向(如圖2)
定義
力對(duì)物體的作用效應(yīng),除移動(dòng)效應(yīng)外,還有轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。
靜力觀念
當(dāng)一個(gè)物體在靜態(tài)平衡時(shí),凈作用力是零,對(duì)任何一點(diǎn)的凈力矩也是零。關(guān)于二維空間,平衡的要求是:
x,y方向合力均為0,且合力矩為0。
動(dòng)力觀念
力矩是角動(dòng)量隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù),就像力是動(dòng)量隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。
剛體的角動(dòng)量是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量乘以角速度。
性質(zhì)
1.力F對(duì)點(diǎn)O的矩,不僅決定于力的大小,同時(shí)與矩心的位置有關(guān)。矩心的位置不同,力矩隨之不同;
2.當(dāng)力的大小為零或力臂為零時(shí),則力矩為零;
3.力沿其作用線移動(dòng)時(shí),因?yàn)榱Φ拇笮?、方向和力臂均沒(méi)有改變,所以,力矩不變。
4.相互平衡的兩個(gè)力對(duì)同一點(diǎn)的矩的代數(shù)和等于零。