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Imaginez ceci: vous devez dévisser un boulon d’une planche en bois. Vous trouvez la clé correctement dimensionnée et le fixez au boulon. Pour commencer à desserrer la clé, vous devez tenir la poignée et tirer ou pousser dans une direction perpendiculaire à la poignée de la clé. En poussant dans le sens de la clé, le boulon ne sera pas soumis à un couple et celui-ci ne se desserrera pas.
Le couple est l'influence calculée à partir des forces qui affectent le mouvement de rotation ou provoquent la rotation autour d'un axe.
Physique du couple général
La formule pour déterminer le couple, τ est τ = r × F, où r est le bras de levier et F est la force. Rappelles toi, r, τ, et F sont toutes des quantités vectorielles, l’opération n’est donc pas une multiplication scalaire, mais un produit vectoriel. Si l'angle, θ, entre le bras de levier et la force est connue, l’amplitude du couple peut alors être calculée comme suit: τ = r F sin (θ).
L'unité de couple standard ou SI est le Newton-mètre, ou Nm.
Couple net signifie calculer le couple résultant à partir de n différentes forces contributives. Ainsi:
Sigma ^ n_i vec { tau} = Sigma ^ n_i r_i F_i sin ( theta)
Comme dans la cinématique, si la somme des couples est égale à 0, l'objet est en équilibre de rotation, ce qui signifie qu'il n'est ni en train d'accélérer ni de ralentir.
Le vocabulaire de la physique du couple
L'équation de couple est bourrée d'informations importantes sur la manière dont le couple est généré et sur la façon de calculer un couple net. Comprendre les termes de l'équation vous aidera à effectuer un calcul général du couple net.
Tout d'abord, l'axe de rotation est le point autour duquel la rotation va se produire. Pour l'exemple de couple de clé, l'axe de rotation passait par le centre du boulon, car la clé tournait autour du boulon. Pour une balançoire, l'axe de rotation est le milieu du banc, où le pivot est placé, et les enfants situés aux extrémités de la balançoire appliquent le couple.
Ensuite, la distance entre l'axe de rotation et la force appliquée s'appelle le bras de levier. Déterminer le bras de levier peut être délicat, car il s’agit d’une quantité vectorielle, il existe donc potentiellement plusieurs bras de levier possibles, mais un seul correct.
Enfin, la ligne d'action est une ligne imaginaire qui peut être étendue à partir de la force appliquée afin de déterminer le bras de levier.
Exemple de calcul de couple
La meilleure façon de commencer la plupart des problèmes de physique est de brosser un tableau de la situation. Parfois, cette image est décrite comme un diagramme de corps libre (FBD), où l’objet sur lequel les forces agissent est dessiné, et les forces sont dessinées sous forme de flèches avec leur direction et leur ampleur marquées. D'autres informations importantes à ajouter à votre LOG sont les axes de coordonnées et l'axe de rotation.
Pour résoudre le couple net, un diagramme précis du corps libre est essentiel.
Étape 1: Dessinez le FBD et incluez un axe de coordonnées. Étiquetez l'axe de rotation.
Étape 2: Dessinez toutes les forces qui agissent sur le corps en utilisant les informations fournies pour placer avec précision les forces par rapport à l’axe de rotation.
Étape 3: Pour déterminer le bras de levier (ce qui est probablement indiqué dans le problème), étendez la ligne d’action depuis la force, de sorte que le bras de levier puisse être tiré à travers l’axe de la rotation et perpendiculairement à la force.
Étape 4: Les informations provenant du problème peuvent donner des informations sur l'angle entre le bras de levier et la force, de sorte que la contribution au couple puisse être calculée: τje = rje Fje sin (θje).
Étape 5: Additionnez chaque contribution de chacune des N forces pour déterminer le couple net.