Момент силы – формула, определение, свойства кратко (7 класс)

Момент силы

Из курса физики в 7 классе известно, что сила имеет три параметра: точку приложения, модуль и направление. Для вращательного движения точка приложения приобретает особое значение. В расчетах оказывается целесообразным заменить силу другим, более удобным понятием, учитывающим точку приложения, — моментом силы. Рассмотрим его суть, дадим определение, выведем формулу момента силы.

Момент силы – формула, определение, свойства кратко (7 класс)

Сила при вращательном движении

Вращательное движение отличается от поступательного тем, что различные точки проходят различное расстояние и имеют различную мгновенную скорость, в зависимости от расстояния до оси вращения. Сила, приложенная к вращающемуся телу, также по-разному влияет на точки, лежащие на разном расстоянии от оси.

Фактически тело, начинающее вращение под действием силы, представляет собой рычаг второго рода с точкой опоры на оси вращения. И чем дальше от опоры находится точка приложения силы, тем меньшая сила требуется для движения рычага. Если приложить силу вдвое дальше от точки опоры, то для поворота рычага на один и тот же угол потребуется сила вдвое меньше. То есть для одного и того же поворота произведение силы на радиус поворота оказывается одинаковым.

Момент силы – формула, определение, свойства кратко (7 класс)

Рис. 1. Рычаг второго рода.

Момент силы

В динамике вращательного движения важна не непосредственно величина силы, а произведение этой величины на расстояние от точки вращения. Это произведение называется моментом силы, обозначается буквой $M$:

$$M=F_tau R$$

Из приведенной формулы можно получить размерность момента: поскольку сила измеряется в ньютонах, а радиус — в метрах, единица измерения момента силы получается равной ньютон-метру. Радиус вращения при этом нередко называют «плечом силы» $l$.

Момент силы – формула, определение, свойства кратко (7 класс)

Рис. 2. Момент силы.

Обратите внимание, что вращательное движение создает только компонента силы, направленная перпендикулярно радиусу поворота, — тангенциальная составляющая силы:

$$F_tau = F sin alpha,$$

где $alpha$ — это угол между радиус-вектором точки, к которой приложена сила $F$, и вектором приложения этой силы.

В самом деле, если сила направлена от точки приложения точно в сторону оси вращения, никакого вращательного движения создать с помощью этой силы не получится, какой бы модуль у этой силы не был. Формула также подтверждает это — синус угла между вектором силы, направленной точно на ось, и радиус-вектором точки приложения равен нулю, а значит, и тангенциальная составляющая силы также будет равна нулю. Момент такой силы, соответственно, также будет нулевым. Создать вращение будет невозможно.

Вращение невозможно создать также в случае, когда сила приложена непосредственно к оси вращения, независимо от ее направления. Радиус-вектор точки приложения силы при этом равен нулю, и определить тангенциальную составляющую приложенной силы невозможно. Момент такой силы оказывается нулевым.

Знак момента силы

Тангенциальная составляющая силы, входящая в формулу момента силы, может иметь два направления. В зависимости от направления такой момент силы может как увеличивать скорость вращения тела, так и уменьшать ее.

Для учета этой разницы вводится такое свойство момента, как знак.

Поскольку угол на координатной плоскости отсчитывается в направлении против часовой стрелки, то момент силы, поворачивающий тело в этом направлении, считается положительным. Если момент силы поворачивает тело по часовой стрелке, он принимается отрицательным.

Момент силы – формула, определение, свойства кратко (7 класс)

Рис. 3. Угол поворота.

Что мы узнали?

Для вращательного движения особую роль играет точка приложения силы. Поэтому при исследовании вращательного движения используется не понятие силы, а понятие момента силы, который равен произведению тангенциальной составляющей силы на радиус поворота и измеряется в ньютон-метрах.

Предыдущая
ФизикаГидравлический пресс – формула с примерами кратко. Физика 7 класс
Следующая
ФизикаИнерция – примеры, формула, определение физической величины кратко
Помогли? Поставьте оценку, пожалуйста.
Плохо
0
Хорошо
0
Супер
0
Спринт-Олимпик.ру
Мы в ВК, подпишись на нас!

Подпишись на нашу группу в ВКонтакте, чтобы быть в курсе выхода нового материала...

Вступить
×