کلیات گشتاور و قوانین آن چیست؟
اول از همه می گویم گشتاور یعنی چه؟ حاصلضرب برداری نیروی وارد بر یک جسم از نقطه اثر نیرو تا نقطه ای كه جسم بر اثر همین نیرو دوران میكند گشتاور یا تورک (Turaqe) نام دارد.
گشتاور به معنای نیروی لازم برای گرداندن یك جسم است. گشتاور تولید شده توسط یك موتور توان رانشی یا كششی را برای گرداندن چرخ ها به وجود می آورد. برای مثال هنگامی كه میخواهید پیچی را با یك آچار بچرخانید نیروی لازم برای گرداندن آنرا گشتاور می گویند. در این حالت گشتاور برابر است با مقدار نیروی لازم ضربدر فاصله مركز پیچ تا مكانی كه نیرو به آچار اعمال می شود. واحد های گشتاور عبارتند از نیوتن بر متر و كیلوگرم بر سانتی متر و فوت بر پوند.
عامل مؤثر در گشتن هر جسم به دور محوری را
گشتاور نیرو می‌نامند.
آیا تابحال به این فکر کرده‌اید که چرا آچار بلند مهره محکم را آسانتر باز می‌کند؟
دو نفر با وزنهای متفاوت در دو سوی الاکلنگ چگونه باید بنشینند تا توازن برقرار شود؟
چرا احتمال واژگون شدن یک ماشین مسابقه از یک ماشین معمولی کمتر است؟
برای پاسخگویی به این سؤال ها باید ببینیم نیروها چگونه می‌توانند باعث چرخش شوند. به عنوان مثال در نظر بگیرید میخواهید وارد اتاقی شوید، برای اینکار نیرویی عمودی بر در وارد می‌کنید، در حول لولا (محور) شروع به چرخش می‌کند و باز می‌شود هر چه بزرگتر باشد در راحت تر باز می‌شود. اگر بار دیگر همین نیرو را به نقاط دورتر در که به لولا نزدیکترند وارد کنید در براحتی باز نخواهند شد، به این ترتیب نتیجه می‌گیریم که هر چه فاصله نقطه اثر نیرو از محور چرخش دورتر باشد و نیز هر چه اندازه نیروی وارد بر در بیشتر باشد در راحت تر باز می‌شود.
محاسبه و خصوصیات گشتاور نیرو
-
گشتاور نیرو کمیتی برداری است و مقدار بردار گشتاور نیرو برابر است با حاصلضرب نیرو در فاصله عمودی آن از محوری که جسم به دور آن می‌گردد.
-
گشتاور نیرو با حرف (با تلقط تاو) نمایش داده می‌شود.
-
فاصله عمودی نیرو از نقطه‌ای که جسم حول آن می‌گردد را بازوی گشتاور می‌نامند.
-
نقطه چرخش را می‌توان روی تکیه گاه جسم یا روی محور چرخش جسم در نظر گرفت.
-
رابطه گشتاور نیرو (d بازوی گشتاور) (مقدار نیرو × بازوی گشتاور)
-
یکای گشتاور نیرو، نیوتن متر است.
روش دیگر محاسبه گشتاور نیرو
برای محاسبه گشتاور نیرو می‌توانیم نیروی را به دو مؤلفه عمود بر هم تجزیه کنیم، بطوری که یکی از مؤلفه‌ها از محور دوران یا گذشته و دیگری عمود بر این محور باشد. حال نیروی را به دو مؤلفه و روی این دو محور تجزیه می‌کنیم، گشتاور نیروی برابر برآِیند گشتاورهای دو نیروی است. پس گشتاور هر یک از نیروهای و را محاسبه می‌کنیم، برآیند این دو گشتاور، گشتاور کل را تشکیل می‌دهد. اما بازوی گشتاور نیروی برابر صفر است. وسیله اندازه گیری گشتاور نیرو
گشتاور سنج است.
علامت گشتاور نیرو
اگر گشتاور نیرو، جسم را در جهت مثلثاتی دوران دهد علامت آن مثبت و اگر در خلاف جهت مثلثاتی دوران دهد علامت آن را منفی در نظر می‌گیرند.
گشتاور صفر
نیروهایی که امتداد آن ها از نقطه عبور می‌کند گشتاور نیرویی نسبت به این نقطه ندارند. بنابراین نیرویی که تکیه گاه بر میله وارد می‌کند دارای گشتاور صفر می‌باشد.
قانون گشتاورها
در یک جسم متعادل، جمع گشتاورهای پاد ساعتگرد با جمع گشتاورهای ساعتگرد، حول هر نقطه دلخواه برابر است.
تعادل
جسمی را در حال تعادل گویند که هر دو شرط زیر درباره آن درست باشد:
برآیند نیروهای وارد بر آن صفر باشد.
جمع گشتاور نیروهای ساعتگرد حول هر نقطه ، برابر جمع گشتاور نیروهای پاد ساعتگرد حول همان نقطه باشد.
به کمک معادله‌های مربوط به روش فوق می‌توان اندازه نیرویی مجهول ، یا فاصله نقطه اثر آن ها از نقطه چرخش را حساب کرد. برای انجام این کار:
جهت هایی را انتخاب کنید که معادله‌های نیروها را آسان می‌کنند. برای مثال برآیند نیروهای رو به بالا و برآیند نیروهای رو به پایین همیشه باهم برابرند. نقطه چرخش را انتخاب کنید که محاسبه گشتاورها را آن می‌سازد، اگر بیش از دو نیرو وجود دارد نقطه چرخش را جایی انتخاب کنید که یکی از نیروها در آنجا به جسم وارد می‌شود، در این صورت گشتاور نیرو حول آن نقطه چرخش صفر می‌شود، بنابراین محاسبه ساده‌تر خواهد شد.
جفت نیرو
دو نیرو که اثر چرخش یکدیگر را خنثی می‌کنند جفت نیرو نام دارند و شرط زیر را دارند:
- اندازه آن ها برابر و جهت آن ها مخالف است.
- بر روی یک خط راست عمل نمی‌کنند.
- گشتاوری بر جسم وارد می‌کنند و بنابراین تمایل دارند که آن را بچرخاند.
- برآیند آن ها صفر است.
- اندازه گشتاور نیرو (جفت نیرو) برابر است با حاصلضرب اندازه یکی از نیروها ضربدر فاصله دو نیرو از هم
نحوه محاسبه گشتاور:
T=R*N
- T: گشتاور (TORQUE)
- R: شعاع
- N: نیروی اعمال شده
بنابر این هرگاه بخواهیم گشتاور را افزایش دهیم یا آچار بلندتری انتخاب میكنم یا نیروی اعمال شده به آنرا افزایش می دهیم.
در مورد موتور نیروی اعمال شده به آچار همان نیروی ناشی از احتراق درون موتور است.
شعاع آچار در اینجا طول بازوی میل لنگ یا نصف كورس پیستون می باشد.
گشتاور ناشی از دوران موتور مقدار زیادی نوسان به همراه دارد. برای نرمتر نگه داشتن این نوسانات موتور را به یك فلایویل مجهز می كنند تا اینرسی حركتی فلایویل دوران را پیوسته نگه دارد. برای نرمتر كردن دوران می توان تعداد سیلندرها را نیز افزایش داد.
سرعت دورانی موتور توسط جعبه دنده و دیفرانسیل كاهش میابد.با كاهش سرعت به همان نسبت گشتاور افزایش پیدا می كند.
هرگاه سرعت چرخها را به نسبت دوران موتور با نسبت یک كاهش دهیم گشتاور تولید شده توسط موتور اگر بر فرض 150 نیوتن متر باشد تبدیل به 1=1*150 نیوتن متر خواهد شد.