Cuplul este efectul de rotație al unei forțe.
O forță care acționează la distanță de o axă poate produce un cuplu. Cuplul este forța înmulțită cu distanța perpendiculară de la axă la linia de acțiune a forței. Se măsoară în newton metri (N·m).
Împingerea unei uși lângă balamale produce un efect de rotație mai mic decât aceeași împingere perpendiculară lângă mâner.
Distanța modifică efectul de rotație.
La un braț de pârghie de 0.2 m produce 20 N·m. La 0.4 m aceeași forță produce 40 N·m.
Aceste distanțe sunt brațe perpendiculare ale forțelor. Dacă direcția forței se schimbă, folosirea întregii lungimi a pârghiei poate da un rezultat greșit.
Viteza ne spune cât de repede se rotește arborele.
Turația este adesea exprimată în rotații pe minut (rpm). Viteza unghiulară exprimă aceeași mișcare în radiani pe secundă (rad/s). O rotație este 2π radiani.
Un arbore se poate roti rapid cu un cuplu mic sau lent, transmițând un cuplu substanțial. Nici turația, nici cuplul, luate separat, nu îi descriu puterea.
Puterea mecanică combină cuplul și viteza.
- CupluEfect de rotație în N·m.
- Viteză unghiularăRotație în rad/s.
- Putere la arboreCuplu × viteză unghiulară, în wați.
60 rpm înseamnă o rotație pe secundă, adică aproximativ 6.28 rad/s. Puterea la arbore este de aproximativ 126 W.
Menținerea pe loc și deplasarea sunt sarcini diferite.
O frână staționară se poate opune cuplului fără a transmite putere mecanică de rotație, deoarece viteza sa este zero. Un motor care produce cuplu la viteză zero poate totuși consuma putere electrică și genera căldură.
O mașină de ascensor trebuie să asigure cuplul și viteza necesare de-a lungul cursei. Puterea electrică de intrare acoperă și pierderile; nu este identică cu puterea mecanică utilă de ieșire.
O privire mai atentă
Într-o deplasare cu viteză variabilă, o parte din cuplu accelerează piesele rotative și sarcinile conectate. Cuplul se poate și opune mișcării, ca la frânare. Semnele cuplului și vitezei indică sensul transferului de energie.
Verificați ce ați înțeles
Un cuplu de două ori mai mare înseamnă întotdeauna o putere la arbore de două ori mai mare?
Arată explicația
Numai dacă viteza unghiulară rămâne aceeași. Puterea depinde atât de cuplu, cât și de viteză.
Lecturi suplimentare.
Lecturi opționale pentru aprofundarea acestei lecții.
- OpenStax: lucru mecanic și putere în rotație
Secțiunea 10.8 dezvoltă relația dintre cuplu, viteză unghiulară și putere. Aceasta este o aprofundare mai matematică: concentrați-vă mai întâi pe relația puterii și pe exemplele rezolvate.