Кіріспе

Физика мен механикада айналу моменті – сызықтық күштің айналу аналогы. Ол күш моменті деп те аталады (сонымен қатар момент деп те қысқартылады). Айналу моментінің символы әдетте грек әрпінің кіші тау (τ) болып табылады. Күш моменті ретінде қарастырылғанда, ол әдетте М әрпімен белгіленеді. Сызықтық күш денеге қолданылатын итеру немесе тарту сияқты, айналу моментін таңдалған нүктеге қатысты объектіге қолданылатын бұрылу ретінде қарастыруға болады; мысалы, бұранданы бұру үшін айналу моменті қолданылады, ол бұранданың осінің айналуы арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, сақинаның тірегінен екі метр қашықтықта үш Ньютон күш қолданса, сақинаның тірегінен алты метр қашықтықта бір Ньютон күш қолданғанмен бірдей айналу моменті туады.

Тарих

Бұл ұғым Архимедтің рычагтарды қолдану туралы зерттеулерімен бастау алды, бұл оның әйгілі сөзінде көрініс тапты: "Маған тұруға рычаг пен орын беріңіз, мен Жерді қозғалтам". Айналу моменті (лат. torquēre, "бұрау") термині Джеймс Томсон ұсынған және 1884 жылы сәуірде басылымда пайда болды. Пайдалануы сол жылы Сильванус П. Томпсонның "Динамо электр машиналарының" бірінші басылымында расталған. Томпсон терминді келесідей негіздеді: text=Сияқты Ньютонның күш туралы анықтамасы қозғалыс (сызық бойымен) туғызатын немесе туғызуға бейім күш ретінде берілсе, айналу моментін (осі айналасында) туғызатын немесе туғызуға бейім күш ретінде анықтауға болады. Бұл әрекетті бір нақты бірлік ретінде қарастыратын термин, "жұп" және "момент" сияқты күрделі идеяларды ұсынатын терминдерді қолданудан жақсы. Шафтты бұру үшін қолданылатын бұрылыс туралы бір ғана түсінік, белгілі бір рычагпен сызықтық күшті (немесе күштер жұбын) қолданудың күрделі түсінігінен артық. Бүгінде айналу моментін географиялық орналасуына және зерттеу саласына байланысты әртүрлі сөздермен атайды. Бұл мақала АҚШ физикасында қолданылатын "айналу моменті" сөзінің анықтамасын ұстанады. Ұлыбританияда және АҚШ машина жасау саласында айналу моменті күш моменті деп аталады, көбінесе момент деп қысқартылады. Бұл терминологияны кем дегенде 1811 жылы Симеон Денис Пуассонның "Traité de mécanique" еңбегінде кездестіруге болады. Пуассонның жұмысының ағылшын тіліне аудармасы 1842 жылы жарық көрді.

Дұрышты моменті

Физикада, ротатум – моментке қатысты уақыттың туындысы, мұнда τ – момент. Бұл сөз латын сөзі rotātus-тан шыққан, мағынасы – 'айналу', бірақ ротатум термині баршаға танымал емес, бірақ көбінесе қолданылады. Ротатумның кезекті туындыларын көрсету үшін жалпыға қабылданған терминология жоқ, әдетте түрлі ұсыныстар жасалғанмен.

Статикалық тепе-теңдік

Объектінің статикалық тепе-теңдікте болуы үшін күштердің қосындысы ғана емес, сонымен қатар кез келген нүктеге қатысты моменттердің қосындысы да нөл болуы керек. Екі өлшемді жағдайда, көлденең және тік күштер болғанда, күштердің қосындысы талабы екі теңдеумен беріледі: ΣH = 0 және ΣV = 0, ал моменттер үшін үшінші теңдеу: Στ = 0. Демек, екі өлшемде статикалық анықталатын тепе-теңдік есептерін шешу үшін үш теңдеу қолданылады.

Толық күш пен айналым моменті

Жүйедегі таза күш нөлге тең болғанда, кеңістіктегі кез келген нүктеден өлшенген айналу моменты бірдей болады. Мысалы, біртекті магнит өрісіндегі ток өткізгіш тізбектегі айналу моменты, қабылдау нүктесіне қарамастан, бірдей болады. Егер таза күш нөлге тең болмаса және -ден өлшенген айналу моменты болса, онда -ден өлшенген айналу моменты болады.

Машинаның айналым күші

Айналым күші қозғалтқыштың негізгі сипаттамаларының бірі болып табылады: қозғалтқыштың қуаты оның айналым күшімен қозғалтқыш білігінің бұрыштық жылдамдығының көбейтіндісі арқылы өрнектеледі. Ішкі жану қозғалтқыштары пайдалы айналым моментін тек шектеулі айналу жылдамдықтары диапазонында ғана тудырады (әдетте кішкентай автомобиль үшін шамамен 1000–6000 айн/мин). Осы диапазон ішіндегі өзгеретін айналым моментін динамометрмен өлшеуге болады және оны айналым моментінің графигі түрінде көрсетуге болады. Бу қозғалтқыштары мен электр моторлары айналу жылдамдығы нөлге жақын болғанда максималды айналым моментін тудырады, ал айналу жылдамдығы артқан сайын айналым моменті төмендейді (үрткіш күштер мен басқа да шектеулердің артуына байланысты). Поршенді бу қозғалтқыштары мен электр моторлары ауыр жүктемені нөлдік айналу жылдамдығынан, ізбелгіш (муфта) қолданбастан іске қоса алады. Күш пен айналым моменті арасындағы байланысты практикада велосипед мысалында байқауға болады: Велосипедтер әдетте екі жол дөңгелегінен, алдыңғы және артқы тісті дөңгелектерден (спрокеттер деп аталады), тізбек арқылы байланысқан және велосипедтің беріліс жүйесі бірнеше қатынастарды қолдануға мүмкіндік берсе, дерайлер механизмінен (яғни, көп жылдамдықты велосипед) тұрады, олардың барлығы шассиге бекітіледі. Велосипедші педальдерді айналдыру арқылы кіріс қуатын береді, соның нәтижесінде алдыңғы тісті дөңгелек (әдетте chainring деп аталады) қозғалады. Велосипедшінің беретін кіріс қуаты бұрыштық жылдамдық пен айналым моментінің көбейтіндісіне тең (яғни, педальдің минутына айналу саны 2π-ға көбейтілген), велосипедтің кривошиптің осіндегі айналым моментіне тең. Велосипедтің күштік жүйесі кіріс қуатын жол дөңгелегіне жеткізеді, ол өз кезегінде қабылданған қуатты жолға велосипедтің шығыс қуаты ретінде жеткізеді. Велосипедтің беріліс қатынасына байланысты (айналым күші, бұрыштық жылдамдық) кіріс жұбы (айналым күші, бұрыштық жылдамдық) шығыс жұбына айналады. Үлкен артқы тісті дөңгелек қолдану арқылы немесе көп жылдамдықты велосипедтерде төменгі беріліске ауысу арқылы жол дөңгелектерінің бұрыштық жылдамдығы төмендейді, ал айналым күші артады, олардың көбейтіндісі (яғни қуаты) өзгермейді.

Момент көбейтуші

Бұрылыс моментін үш тәсілмен арттыруға болады: тіреу нүктесін жылжыту арқылы, бұл тетіктердің ұзындығын арттырады; ұзын тетіктерді пайдалану арқылы; немесе жылдамдықты төмендететін беріліс жиынтығы немесе беріліс қорабын қолдану арқылы. Мұндай механизм айналу жылдамдығын төмендету арқылы бұрылыс моментін арттырады.