06-10-2018 13:26

Момент силы: единицы измерения, формула, физический смысл

Чтобы привести какое-либо тело во вращательное движение, необходимо к нему приложить момент силы. В данной статье рассмотрено, что это за физическая величина, по какой формуле ее вычисляют, и в каких единицах измерения момент силы принято выражать в системе СИ.

Момент силы как физическая величина

Для любой механической системы, в которой имеется ось вращения, воздействие внешнего усилия, не действующего непосредственно на ось, приведет к появлению момента силы. Математически он выражается следующей формулой:

Война заставила Николая Маркелова стать летчикомВам будет интересно:Война заставила Николая Маркелова стать летчиком

M¯ = r¯ * F¯.

Из выражения видно, что речь идет о векторной величине M¯, которая равна произведению векторов r¯ (направлен от оси до точки приложения силы) и F¯.

Согласно правилу буравчика, величина M¯ направлена перпендикулярно плоскости, образованной на векторах r¯ и F¯, в сторону закручивания буравчика. Это направление принято считать положительным (+M).

Момент силы характеризует способность внешнего усилия совершить поворот тела вокруг оси. Например, воздействие на дверную ручку приводит к созданию гораздо большего момента, чем приложение аналогичной силы вблизи петель.

Каковы единицы измерения момента силы?

На этот вопрос легко ответить, если посмотреть на формулу, которая приведена в предыдущем пункте. Видно, что единицы расстояния (r¯) умножаются на единицы силы (F¯). Поскольку первая величина измеряется в системе СИ в метрах, а вторая - в ньютонах, то получается, что момент силы будет выражаться в метрах на ньютон или, как принято записывать, в ньютонах на метр (Н*м).

Можно заметить, что единицы Н*м соответствуют работе, то есть джоулям. Однако величина M не выражается в джоулях, поскольку по своему физическому смыслу она не является работой, а представляет собой лишь средство (возможность) совершить эту работу, что выражается следующим равенством:

A=M * θ, где θ - угол поворота в радианах.

Это выражение позволяет получить момент M в других единицах: джоули на радиан или Дж/рад. Например, запись M = 30 Дж/рад означает, что приложение момента M, при котором система поворачивается на 1 радиан, приведет к совершению им работы в 30 джоулей.



Источник