Nul wringkrag: wat, hoekom, wanneer, hoe en 9 feite wat u moet weet


Toque hou verband met rotatorbeweging en kan gedefinieer word as "'n krag wat 'n voorwerp beïnvloed om in die gegewe as te draai." Hierdie pos is gemoeid met geen wringkrag wat op enige voorwerp uitgeoefen word.

Nul wringkrag verwys na die wringkrag wat op die rotasiestelsel inwerk wat nul is. Dit is die fisiese entiteit wat afhang van die rigting van die netto krag wat op die rotasie-as inwerk en met die versnelling geassosieer word. In die onderstaande afdeling, laat weet ons meer feite oor geen wringkrag.

Elke voorwerp, ongeag die lineêre of rotasiebeweging, bereik 'n ewewigstoestand van beweging op daardie tydstip, alhoewel enige eksterne krag wat op die voorwerp inwerk, neig om gelyk te wees aan nul. So as hierdie toestand van toepassing is vir rotasiebeweging, dan kan ons dit sien as nul wringkrag.

Wat is nul wringkrag?

Nul wringkrag word gedefinieer as "vir enige voorwerp onder rotasiebeweging, as netto loodregte krag nul is, dan ontstaan ​​rotasie-ewewig en dus hoekversnelling is nie moontlik nie; hierdie toestand is nul wringkrag.”

Bogenoemde toestand illustreer eenvoudig dat as loodregte krag nul is, dan 'n verandering in hoeksnelheid vind nie plaas nie, en hoekmomentum word konstant. Sodat hoekversnelling opstel nie. Die algehele toestand vestig 'n ewewigstoestand vir die rotasiebeweging. Dus, die voorwerp s'n beweging in 'n sirkelbaan word 'n uniform sirkelbeweging met konstante snelheid.

Kan wringkrag nul wees?

Ja, wringkrag kan nul wees. Gestel toegepaste krag op die voorwerp en sy aanwendingslyn kruis deur die massamiddelpunt en as die rotasie-ewewigstoestand al die kragte balanseer. Onder sulke toestande sal die wringkrag nul wees.

Die bogenoemde stelling maak duidelik dat indien die netto krag wat op die roterende voorwerp uitgeoefen word parallel aan die rotasie-as is, die wringkrag wat op die voorwerp uitgeoefen word, nietig gemaak word.

nul wringkrag
Geen wringkrag op 'n liggaam

Die wringkrag van die stilstaande voorwerp is altyd nul omdat die netto krag wat op die voorwerp inwerk, nul word deur al die ander kragte te balanseer.

Hoe kan wringkrag nul wees?

Wringkrag is die kruisproduk van die radius van die sirkelbaan en krag wat op die voorwerp inwerk wat in die sirkelbaan beweeg. Dit kan gegee word as,

τ=r×F

Die grootte daarvan word gegee as

τ=|r|×|F|sinθ

Waar; τ is die wringkrag, r is die radius van die sirkelbaan, |r| definieer die posisievektor van die radius, F is die krag en |F| definieer die grootte van die krag, en θ is die hoek.

Wanneer die krag wat op die voorwerp inwerk onder sirkelbeweging nul word, dit wil sê, F=0, dan

τ=|r|×|0|sinθ

τ=0.

Vir 'n stilstaande voorwerp is daar geen beweging wat plaasvind nie, sodat die radius nul sal wees, dit wil sê, r=0; dan

τ=|0|×|F|sinθ

τ=0.

Die wringkrag word ook gedefinieer as die produk van rotasietraagheid en rotasieversnelling. Die formule vir wringkrag word dus gegee as

τ=Iα, waar I die rotasietraagheid is en α die rotasieversnelling is.

Uit bogenoemde afdeling weet ons dat hul hoeksnelheid en momentum konstant word wanneer die ewewig op die roterende liggaam opgestel word. Rotasieversnelling is dus nie moontlik nie. Daarom kan die vergelyking herskryf word as

τ=I(0)

τ=0.

In hierdie geval kan ek nie nul wees nie; dit is konstant vir die ewewigstoestand. Aangesien α alfa die tweede afgeleide van die spoed is, wys dit dat óf sy eerste afgeleide nul is óf enige konstante waarde.

As die eerste afgeleide nul is, kan ons sê die liggaam is in 'n stilstaande toestand. As die eerste afgeleide konstant is, is die liggaam in ewewig met konstante rotasiesnelheid.

Onder watter toestande is wringkrag nul?

In vier toestande word die wringkrag wat op die voorwerp inwerk nul; hulle is;

  • Daar is geen krag wat op die voorwerp inwerk nie.
  • As die kragte wat op die voorwerp inwerk gelyk en teenoorgesteld aan mekaar is, kan hulle mekaar kanselleer.
  • Die krag werk op die rotasie-as.
  • As die krag na die rotasie-as gewys het.

Die bogenoemde toestande bepaal eenvoudig die twee gevalle waar die draaimoment optree nul sal wees deur die grootte vergelyking van wringkrag in ag te neem τ=|r|×|F|sinθ

Geval(i) by θ=0;

τ=|r|×|F|sin(0)

Aangesien sin(0)=0, τ=0.

Geval(ii) by θ=π

τ=|r|×|F|sin(π)

Maar sin(π)=0; dus τ=0.

Die rotasie-ewewig is ekwivalent aan translasie-ewewig; al die kragte wat inwerk word egter by hierdie toestand tot niet gemaak, en netto wringkrag sal ook nul word.

Waar kan wringkrag nul wees?

Daar is net twee moontlikhede waar wringkrag nul kan wees; hulle is

  • In stilstaande liggaam
  • 'n Liggaam onder eenvormige sirkelbeweging.

Vir 'n stilstaande toestand, as daar geen eksterne krag is om die liggaam te druk om die sirkelbaan te volg nie, is daar geen wringkrag nie.

’n Liggaam onder eenvormige sirkelbeweging verwys na beweeg in ’n sirkelbaan met konstante spoed. Die hoekversnelling van die liggaam is nie moontlik nie. Die wringkrag sal dus x=nul wees omdat hoekversnelling en wringkrag met mekaar verbind is.

Lêer:Uniform-cirular-translation.gif - Wikimedia Commons
Voorwerp onder eenvormige sirkelbeweging waarvan die wringkrag nul is
Image krediete: Wikimedia commons

Selfs al is die wringkrag afwesig, slaag die liggaam steeds daarin om in 'n eenvormige sirkelbaan te draai as gevolg van die radiale krag wat op die liggaam uitgeoefen word. Die radiale snelheid word nie konstant nie en gee aanleiding om radiale versnelling uit te oefen, wat lei tot eenvormige rotasie van die liggaam.

Wat gebeur wanneer netto wringkrag nul is?

Wanneer die netto wringkrag nul is, word die hoekmomentum van die roterende stelsel behou, en hoekversnelling sal nul wees. Die rotasie-ewewig word in die roterende sisteem tot stand gebring deur die hoeksnelheid konstant te hou.

Basies is wringkrag die afgeleide van hoekmomentum, dit kan geskryf word as,

As τ=0, dan

Integrasie aan beide kante, kry ons

L = konstant.

Kan daar wringkrag wees as die netto krag nul is?

Nee, al is die netto krag wat op die staaf inwerk nul. Die situasie lyk in teenstelling met die teorieë van fisika, maar daar sal 'n wringkrag wees as gevolg van radiale versnelling.

Oorweeg byvoorbeeld 'n staaf wat in 'n vakuum rus, en geen eksterne krag werk op die staaf nie. As opwaartse krag in die middel van die staaf uitgeoefen word, begin die staaf versnel, maar dit draai nie omdat krag op die middel toegepas word nie.

Nou, as afwaartse krag op die staaf by een van sy ente uitgeoefen word, versnel die staaf en begin draai as gevolg van die afstand tussen die toegepaste afwaartse krag en die middel van die staaf.

As jy die netto krag wat op die staaf inwerk, bereken, sal dit nul wees. Omdat die omvang van die opwaartse en afwaartse kragte dieselfde is en inspanning die teenoorgestelde is, kanselleer hulle uit. By hierdie toestand versnel die massamiddelpunt van die staaf nie; egter die wringkrag wat op die staaf uitgeoefen word, bestuur die staaf om te draai.

Wringkrag uitgeoefen op die staaf selfs wanneer Zero netto krag

Kortliks, ons kan bogenoemde voorbeeld opsom aangesien die netto krag wat op die voorwerp inwerk noodsaaklik is om die versnelling van enige voorwerp by sy massamiddelpunt te verduidelik, maar dit verklaar nie die oriëntasie nie. En wringkrag kan ook uitgeoefen word selfs al is die netto krag nul.

Kan wringkrag nul wees wanneer krag nie nul is nie?

Die wringkrag sal in sommige situasies nul wees, maar sommige kragte word steeds uitgeoefen, wat nie verdwyn nie en nie nul bly nie. In sulke toestande is die liggaam se beweging lineêr, nie rotasie nie.

Oorweeg byvoorbeeld om 'n swaar blok te druk. Vir hierdie aksie word 'n groot hoeveelheid krag benodig. Die blok draai nie al oefen jy so 'n groot krag daarop uit nie. Wringkrag bly dus nul, selfs al beïnvloed een of ander eksterne krag die blok om te beweeg.

Kan 'n enkele krag 'n nulkoppel lewer?

By die swaartepunt kan 'n enkele krag nul wringkrag produseer, maar 'n lineêre krag vergesel die wringkrag. Daar is geen opponerende krag wat by die swaartepunt uitgeoefen word nie. As daar enige eksterne beperking is, sal dit eindig met 'n lineêre eenvormige versnelde liggaam met geen wringkrag.

In 'n onbeperkte stelsel soos 'n rigiede liggaam, genereer 'n enkele krag die nie-bestendige beweging en traagheid, dus is die krag by die swaartepunt geneig om die liggaam te roteer, en óf positief óf negatiewe wringkrag gegenereer sal word. Dus, 'n beperkingstelsel moet nul wringkrag uit 'n enkele krag produseer.

Geen wringkrag gebruike

Sommige gevorderde tegnologieë, soos robotika, gebruik die nul-wringkrag-konsep. Sommige van sulke gebruike van geen wringkrag word hieronder gelys:

Geskakelde reluksiemotors

Geskakelde reluksiemotors is elektriese motors wat volgens die beginsel van relukansiewringkrag werk. Die werkverrigting van SRM verskil van die gewone GS-motor; hulle bestaan ​​uit wikkeling om die krag in die stator te lewer wat die nul-wringkrag behou.

Voorafgespande balke

Nul wringkrag word wyd gebruik in die meganisme van vooraf-gebuigde balke, waarin 'n gebalanseerde statistiese meganisme met 'n enkele rotasiegraad van vryheid gebruik word. Die statistiese balans word gedoen deur positiewe en negatiewe styfheid in 'n ringvormige domein saam te voeg.

Eksoskelet meganisme

Vir veiligheidsdoeleindes implementeer die eksoskelet van die menslike liggaam 'n nul-wringkragbeheerder sodat eksoskelet maklik op die menslike fisiese aksie kan reageer.

PMDFI kragopwekkers

Die wiskundige modellering van die permanente magneet dubbel-vol induksie kragopwekker is gebaseer op die roterende koördinate waarin nul wringkrag verbeter word om die lae spanning rit te handhaaf.

EV coasting tegnologie

Induksiekoppelingsrotators word gebruik om ongewenste rem in elektriese voertuie te voorkom, wat die nul-wringkrag balanseer.

Draaiende gyroskoop

'n Vrylik draaiende giroskoop soos 'n fietswiel gebruik nul wringkrag rotasie en krag uitgeoefen vanaf die konstante hoek momentum.

Keerthi Murthi

Ek is Keerthi K Murthy, ek het nagraadse studie in Fisika voltooi, met die spesialisasie in die veld van vastestoffisika. Ek beskou fisika nog altyd as 'n fundamentele vak wat aan ons daaglikse lewe gekoppel is. As 'n wetenskapstudent geniet ek dit om nuwe dinge in fisika te verken. As skrywer is my doel om die lesers op die vereenvoudigde wyse deur my artikels te bereik. Bereik my – keerthikmurthy24@gmail.com

Onlangse plasings