Una forza può essere pensata come una spinta orpull in una direzione specifica. Quando una forza viene applicata a un oggetto,il movimento risultante dell’oggetto dipende da dove viene applicata la forza e da come l’oggetto viene confinato.Se l’oggetto non è confinato e la forza viene applicata attraverso il centro di gravità,l’oggetto si muove in pura traslazione,come descritto dalle leggi di movimento di Newton.Se l’oggetto è confinato (o bloccato) in una posizione chiamata apivot, l’objectrotatesabout il perno, ma non traduce.La forza viene trasmessa attraverso il pivotand i dettagli della rotazione dipendono dalla distanza dala forza applicata al perno.Se l’oggetto non è confinato e la forza viene applicata a una certa distanza dal centro di gravità, l’oggetto si traduce e ruota attorno al centro di gravità.I dettagli della rotazione dipendono dalla distanza dalforza applicata al centro di gravità.Il movimento degli oggetti volanti èdescritto da questo terzo tipo di movimento; una combinazione di traduzione e rotazione.

Una forza F è una quantità di avector,il che significa che ha sia una magnitudine che una direzione ad essa associata. Ildirezione della forzaè importante perché il movimento risultante dell’oggettoè nella stessa direzione della forza.Il prodotto della forza e della distanza perpendicolare al centro di gravità per un oggetto non confinato, o al perno per un oggetto confinato, è chiamato la coppia o il momento.Una coppia è anche una quantità vettoriale e produce una rotazionenello stesso modo in cui una forza produce una traslazione. Vale a dire, un oggetto atrest, o ruotando ad una velocità angolare costante, continuerà a fare sountil è soggetto a una coppia esterna. Una coppia di torsione produce una velocità angolare di changein che è chiamata un’accelerazione angolare.

La distanza L utilizzata per determinare la coppia T è la distanza dalpivot p alla forza, ma misurata perpendicolarmente alla direzione della forza.Sulla figura, mostriamo quattro esempi di coppie per illustrare la baseprincipi che governano torques.In ogni esempio un peso blu W agisce su una barra rossa, che viene chiamataun braccio.

Nell’esempio 1, la forza (peso) viene applicata perpendicolarmente al braccio. In questo caso, la distanza perpendicolare è la lunghezza delbarra e la coppia è uguale al prodotto della lunghezza e della forza.

Nell’esempio 2, la stessa forza viene applicata al braccio,ma la forza ora agisce direttamente attraverso ilpivot. In questo caso, la distanza dal perno perpendicolare alla forzaè zero. Quindi, in questo caso, anche la coppia è zero.Pensa a una porta a battente. Se spingi sul bordo della porta, verso la cerniera, la porta non si muove perché la coppia è zero.

L’esempio 3 è il caso generale in cui la forza viene applicata ad un certo angolo a al braccio. La distanza perpendicolare è data datrigonometriacome la lunghezza del braccio (L) per thecosine (cos) dell’angolo.La coppia è quindi data da:

Gli esempi 1 e 2 possono essere derivati da questa formula generale,poiché ilcosina di0 gradi è 1,0 (esempio 1) e il coseno di 90 gradi è 0,0 (Esempio 2).

Nell’esempio 4, il perno è stato spostato dalla fine della barra a una posizione vicino al centro della barra. I pesi sono aggiunti a entrambi i latidel pivot.To il diritto di un singolo peso W produce una forza F1 actingat una distanza L1 dal perno. Questo crea una coppia T1 uguale alprodotto della forza e della distanza.

A sinistra delpivot due pesi W producono una forza F2 ad una distanza L2.Questo producesa coppia T2 in una direzione opposta da T1 perché il distanceis nella direzione opposta.

Se il sistema fosse in equilibrio,o bilanciato, le coppie sarebbero uguali e nessuna coppia netta agirebbe sul sistema.

Se il sistema non è in equilibrio o sbilanciato, la barra ruota attorno al perno nella direzione della coppia più alta.Se F2 = 2 * F1, qual è la relazione tra L1 e L2 per bilanciare il sistema? Se F2 = 2 * F1 e L1 = L2, in quale direzione ruoterebbe il sistema?

Gli ingegneri aeronautici utilizzano la coppia generata dalle superfici aerodinamiche per stabilizzare e controllare gli aerei.Sugli aerei, le superfici di controllo produconoforze aerodinamiche.Queste forze sono applicate ad una certa distanza dalcg dell’aeromobile e quindi l’aeromobile deve ruotare. Theelevators produrre momento apitching, therudder produrre momento ayawing, e theailerons produrre momento arolling. La capacità di variare la quantità dila forza e il momento permette al pilota di manovrare o totrim l’aereo.Sul modello di razzi, thefinssono utilizzati per generare una coppia circa il rocketcenter di gravityto providestabilityduring powered volo.Sugli aquiloni, le forze aerodinamiche e di pesoproducono una coppia attorno al punto del freno.La distanza dal punto di briglia e la grandezza delle forze ha un forte effetto sulla performance del kite.

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