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力矩的方向 力矩的方向和转动方向一样吗

时间:2019-02-07 07:53:52

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力矩的方向 力矩的方向和转动方向一样吗

(一)力矩的定义及其关于方向的认识

力矩是依据力的作用以及作用的点到力的外力矢量位置的距离来确定的一种力,也称为力转矩或转动力矩。它可用来描述涉及旋转情形下物体发生变化的运动。它常常被比喻为扳手等施加在螺丝或者轴旁的力,这种旋转力就是力矩。也就是说,力矩就是物体绕某一点受到一个外力作用所产生的力,可以用来计算物体运动所改变的动量或转向情况。

从力学原理上讲,力矩可以被描述为一辆车或其它形式的机械设备绕某一点的力的效果。由于任何一个力矩都必须经过一定的旋转,因此它的方向性是非常重要的。根据机械运动学中的研究,力矩的方向性由三个参数进行定位:矢量箭头,向量(力矩线)和矩量(力矩矢量)。

例如当一个力向量作用在某个物体上时,方向由向量的箭头确定;当一个力矩的箭头点向物体的中心面,则此力矩的方向不会改变;当一个力矩的箭头点向物体的表面时,即为一个正力矩,当箭头点向物体的内部时,即为一个负力矩。

(二)力矩的大小及其两个维度:距离与角度

力矩也可以描述为某一外力作用点到物体中心坐标系之间的距离,也可以用角度来描述力矩的大小。在某些特定情况下,两个距离或角度可能会相同或相似。

例如,当一个力矩经过90°的旋转,其大小也会发生变化。同时,在物体的正中心处受到的力矩和某一特定点受到的力矩之间距离相等,但角度不同。

所以综上可以总结,力矩的方向由外力作用到物体中心坐标系之间的距离及其角度来确定。距离如果相同,或者说两个外力作用点到物体中心坐标系之间的距离相等,则它们的力矩大小也将相同。反之,若距离不同,或者说两个外力作用点到物体中心坐标系之间的距离不同,则它们的力矩大小也将不同。角度的不同,也会导致力矩的大小不同。

1、力矩的方向取决于力F:力矩是力F对某一物体运动或受力或外力体上所产生的旋转力。力矩的方向取决于力F的方向,按照右手定则,就可以判断出力F的方向。

2、力矩的方向受到力F的大小影响:在物体受力的情况下,力矩的大小从受力到物体心坐标系之间的距离以及力F大小有关。当计算力矩的方向时,受力点与物体心坐标系的距离必须绝对值小于力矩的大小,否则力矩的方向就不能准确判断了。

3、力矩的方向受到力F的多方位性影响:一般情况下,当受力到物体心坐标系的距离较大时,物体将出现旋转,其方向受多方位的影响,如侧向力、跃力、湍力等影响。当这些力都作用于物体时,力矩的方向也会随之改变。

4、力矩的方向表明对应点运动轨迹:旋转运动具有定义良好的方向特性,具体表述就是,假设一个受力到物体心坐标系表示的力矩具有正号,则表示该力矩将使各点运动方向沿着它的正方向,而负号则表示向其反方向运动,因此力矩的方向可以预示各点运动的轨迹,在静力学与动力学中提高计算效率。

5、力矩的方向受物体本身形状影响:物体的形状对于其受力时力矩的大小以及方向也有着影响。例如,几何形状不规则的物体会对力矩方向产生一定的影响,通过计算其力学分离物体为四边形或将多角形围合为多边形,可以将力矩的方向反映到物体本身。

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