13 حقائق عن اتجاه عزم الدوران: مغناطيسي وكهربائي وكيفية العثور عليها


في هذا المقال ، سنناقش الحقائق حول اتجاه عزم الدوران في المجالات المغناطيسية والكهربائية.

نحن نعلم أنه من الممكن تدوير جسم حول محوره ، وعادة ما تسمى القوة المسؤولة عن ذلك بالعزم. يؤدي عزم الدوران إلى الزاوي تسارع. يتوافق العزم بشكل أساسي مع قوة الدوران المسؤولة عن الحركة الدورانية حول محور معروف بأنه محور الدوران.

يتعامل القسم التالي مع بعض الحقائق العامة المرتبطة باتجاه عزم الدوران.

اتجاه عزم الدوران

نظرًا لأن عزم الدوران عبارة عن ناقل ، يُعتقد أن له اتجاه معين. رياضيا ، يمكننا أن نفسر عزم الدوران على أنه ناقل ناتج عندما نأخذ المنتوج الوسيط من متجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. المتجه الذي نحصل عليه ، والذي ليس سوى عزم الدوران ، متعامد بشكل أساسي مع المتجهات المتضمنة في حاصل الضرب الاتجاهي. يمكن رؤية المتجه وهو يشير إلى الصفحة أو خارج الصفحة.

يشرح الجزء التالي اتجاهي عزم الدوران.

ما اتجاهان لعزم الدوران؟

كما نعلم بالفعل ، يمثل عزم الدوران كمية متجهة. تقييم قيمة عزم الدوران هو مزيج من تقييم كلا الاتجاهين وكذلك المقدار. بشكل عام ، يبدو أن الاتجاه المحدد متعامد فيما يتعلق بالتطبيق القوة ونصف قطر من المحور.

يتعامل الجزء التالي مع اتجاه عزم الدوران فيما يتعلق بالقوة.

اتجاه عزم الدوران فيما يتعلق بالقوة

يتضمن حساب عزم الدوران تحديد كلا الاتجاهين وكذلك الحجم. بشكل عام ، يبدو أن الاتجاه المحدد عمودي فيما يتعلق بالقوة المطبقة ونصف القطر من المحور. السرعة الزاوية والتغير في السرعة الزاوية الناتجة عن تأثير عزم الدوران هما أيضًا في نفس اتجاه اتجاه عزم الدوران.

يوضح القسم التالي سبب كون اتجاه عزم الدوران دائمًا متعامدًا مع القوة.

هل عزم الدوران دائمًا متعامد مع القوة

يبدو أن اتجاه عزم الدوران المحدد عموديًا فيما يتعلق بالقوة المطبقة. يتم تحديد اتجاه عزم الدوران بشكل ملائم باستخدام قاعدة اليد اليمنى ، والتي تنص على أن الأصابع الموجودة في اليد اليمنى تلتف على طول الاتجاه الذي يشير إلى نصف القطر بالإضافة إلى القوة المطبقة ، ثم يتم تمثيل اتجاه عزم الدوران بواسطة إبهام اليد اليمنى.

دعونا الآن نناقش آخر حقيقة بخصوص اتجاه عزم الدوران.

لماذا اتجاه عزم الدوران عمودي على القوة؟

يتم تحديد الاتجاه المناسب لعزم الدوران باستخدام قاعدة اليد اليمنى. رياضياً ، يمكننا تفسير عزم الدوران على أنه متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب الاتجاهي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. المتجه الذي نحصل عليه ، والذي ليس سوى عزم الدوران ، متعامد بشكل أساسي مع المتجهات المتضمنة في حاصل الضرب الاتجاهي. يمكن رؤية المتجه وهو يشير إلى الصفحة أو خارج الصفحة.

الجزء التالي يتناول تقييم اتجاه عزم الدوران.

كيف تجد اتجاه عزم الدوران؟

الاتجاه الذي يوجه فيه عزم الدوران أو بكلمات بسيطة ، عادة ما يتم تحديد النقاط من خلال القوة في العمل. يشير إلى نصف القطر وكذلك القوة المؤثرة. اتجاه عزم الدوران الذي يوجهه أو بكلمات بسيطة ، يتم إعطاء النقاط بواسطة الإبهام.

طول ذراع الرافعة هو 'r' و '' هي تلك الزاوية التي يتم تكوينها بواسطة متجه القوة مع ذراع المستوى بعد ذلك ،

                                                                                                                    τ = فرسين

المشكلة: إذا تم تطبيق القوة ، F = 5N وطول ذراع الرافعة r = 4m. أوجد العزم عندما تكون الزاوية بين متجه القوة ومتجه نصف القطر 30 °.

الحل: نحن نعلم ذلك ، τ = فرسين

الآن ، باستبدال القيم المعطاة في المعادلة أعلاه ، نحصل على ،

                                           τ = 5 × 4 × خطيئة 30 درجة

                                        τ = 10 نيوتن متر

يصف القسم التالي طريقة العثور على اتجاه عزم الدوران المرتبط بثنائي القطب في مجال مغناطيسي تعسفي.

اتجاه عزم الدوران في المجال المغناطيسي

عزم الدوران هو متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب الاتجاهي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. عندما يُفترض وجود حلقة حالية أو ثنائي القطب المغناطيسي في مجال مغناطيسي تعسفي ، تطور الحلقة ميلًا من خلال تأثيرها الذي توجهه وفقًا لاتجاه المجال بالقرب من هذا المجال.

ثم يمكن تحديد اتجاه عزم الدوران المرتبط بمساعدة قاعدة اليد اليمنى المألوفة جدًا.

 

كيف تجد اتجاه عزم الدوران في المجال المغناطيسي؟

من أجل حساب اتجاه عزم الدوران في ثنائي القطب موضوع في مجال مغناطيسي ، يتم اتباع النظرية التالية ، يمكن تحديد اتجاه عزم الدوران المرتبط بمساعدة قاعدة اليد اليمنى المألوفة جدًا. هنا ، من المفترض أن نطوي أصابعنا في اتجاه الحلقة الحالية بعد الاتجاه الذي يتم وضعه في المجال المغناطيسي. الصيغة المستخدمة هي ، τ = م × ب = | م || ب | sinθ.

حيث يتم تطبيق العزم المغناطيسي و B- المجال المغناطيسي.

عندما يقال إن حلقة تيار موضوعة في مجال مغناطيسي ، يُعتقد أن الحلقة تميل إلى التوجيه وفقًا لاتجاه المجال بسبب تأثير هذا المجال.

المشكلة:

إذا كانت شدة المجال المغناطيسي التي يتم فيها الاحتفاظ بثنائي القطب بزاوية 30 درجة هي 3 × 10-4 T. أوجد اتجاه عزم الدوران الذي يعمل على ثنائي القطب عندما يكون العزم ثنائي القطب 0.335 × 10-3 أمبير؟

الإجابة: المجال الكهربائي ، B = 3 × 104 T

           الزاوية بين المجال ثنائي القطب والمجال المغناطيسي ، θ = 30 درجة

          العزم المغناطيسي = 0.335 × 10-3سم

    τ = | م || ب | sinθ.

      = (0.335 × 10-3  صباحا) (3 × 104 T) الخطيئة (30 درجة)

      = 5 نيوتن متر

اتجاه عزم الدوران في المجال الكهربائي المنتظم

فيما يلي نظرية تحديد اتجاه عزم الدوران في مجال كهربائي متجانس, يقال إن ثنائي القطب ، عند وضعه في مجال كهربائي موحد ، يكتسب توازنًا انتقاليًا بسبب تأثير الحجم المتساوي للضغط الكهربائي في كلا الاتجاهين على الشحنات الموجبة والسالبة. وبالتالي ، يُعتقد أن الضغط الصافي يساوي صفرًا ، ولكن يُقال إنه يدور مع السرعة الزاوية.

كل من القوة ونصف القطر مسؤولان عن حجم واتجاه عزم الدوران.

كيف تجد اتجاه عزم الدوران في مجال كهربائي؟

من أجل حساب اتجاه عزم الدوران في ثنائي القطب موضوع في مجال كهربائي ، نتبع الطريقة المذكورة أدناه ، يمكن الإشارة إلى المسافة العمودية على أنها ذراع المستوى. عندما نأخذ حاصل ضرب ذراع المستوى مع القوة المطبقة ، نحصل على عزم الدوران. هنا ، يتم إعطاء عزم الدوران بواسطة τ= PEsinθ. "P" هي العزم ثنائي القطب ، و "E" هي المجال الكهربائي المطبق.

المشكلة:

إذا كانت شدة المجال الكهربي الذي يتم فيه الاحتفاظ بثنائي القطب بزاوية 30 درجة هي 3 × 104 نيوتن ⁄ ج. أوجد عزم الدوران الذي يعمل على ثنائي القطب عندما يكون العزم ثنائي القطب 0.335 × 10-3C-m؟

الإجابة: المجال الكهربائي ، E = 3 × 104 N ⁄ C

           الزاوية بين المجال ثنائي القطب والمجال الكهربائي ، θ = 30 درجة

          عزم ثنائي القطب = 0.335 × 10-3سم

    τ = PEsinθ

      = (0.335 × 10-3سم) (3 × 104 N ⁄ C) sin (30 درجة)

      = 5 نيوتن متر

بعد ذلك ، سنرى اتجاه عزم الدوران في ثنائي القطب الكهربائي.

اتجاه عزم الدوران في ثنائي القطب الكهربائي

Torque هو متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب الاتجاهي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. يقال إن ثنائي القطب ، عند وضعه في مجال كهربائي موحد ، يكتسب توازنًا انتقاليًا بسبب تأثير الحجم المتساوي للضغط الكهربائي في كلا الاتجاهين على الشحنات الموجبة والسالبة. هنا ، يتم إعطاء عزم الدوران بواسطة τ= PEsinθ. P هي العزم ثنائي القطب ، و E هي المجال الكهربائي المطبق.

كل من القوة ونصف القطر مسؤولان عن حجم واتجاه عزم الدوران.

اتجاه عزم الدوران في الحلقة الحالية

من أجل حساب عزم الدوران في حلقة تيار موضوعة في مجال مغناطيسي ، يتم اتباع النظرية التالية ، يمكن تحديد عزم الدوران المرتبط بمساعدة قاعدة مألوفة جدًا لليد اليمنى. هنا ، من المفترض أن نطوي أصابعنا في اتجاه الحلقة الحالية بعد الاتجاه الذي يتم وضعه في المجال المغناطيسي. إنه يوضح أن عزم الدوران يعمل في الاتجاه الأيسر ، متبعًا الاتجاه الذي يشير إليه إبهامنا.

عندما يقال إن حلقة تيار موضوعة في مجال مغناطيسي ، يُعتقد أن الحلقة تميل إلى التوجيه وفقًا لاتجاه المجال بسبب تأثير هذا المجال.

كيفية تغيير اتجاه مفتاح عزم الدوران؟

يتم ربط أداة التثبيت مثل الجوز أو البرغي بكمية معينة من عزم الدوران بمساعدة أداة تُعرف باسم مفتاح عزم الدوران. عادةً ما يتم توفير مفتاح الربط بمقبض ، ومن خلال لف المقبض وتدويره ، يمكننا ضبط مفتاح الربط ، متبوعًا بتغيير اتجاه مفتاح عزم الدوران. هذا ممكن لأننا نحقق ضغط الزنبرك من خلال المقبض بحيث يتطلب المزيد من عزم الدوران من أجل تحرير الكرة.

بمرور الوقت يمكننا ملاحظة ضغط أضعف على الزنبرك إذا تم تخزين مفتاح الربط بسبب التحميل.

يتناول الجزء التالي الأسئلة المتداولة بخصوص اتجاه عزم الدوران.

اذكر أنواع العزم.

يوجد نوعان مختلفان من عزم الدوران مذكوران أدناه ،

عزم دوران ثابت: عزم الدوران الذي لا يمكن أن يؤدي إلى التسارع الزاوي يعتبر بشكل عام عزم دوران ثابت. على سبيل المثال: عندما نحتاج إلى دفع باب مغلق ، فإن العزم الذي نطبقه للقيام بذلك هو عزم دوران ثابت.

عزم الدوران الديناميكي: على النقيض من ذلك ، فإن عزم الدوران قادر على توليد يعتبر التسارع الزاوي ليكون عزم الدوران الديناميكي. مثال: في سيارات السباق ، يميل عمود الإدارة الموجود عمومًا إلى إظهار عزم دوران ديناميكي.

كيف يمكنك شرح عزم الدوران بالتفصيل؟

من أجل شرح عزم الدوران بالتفصيل ، دعونا ننظر في مثال قوتين مطبقتين في الاتجاه المعاكس على جسم ما. هنا ، عندما يتساوى مقدار كل من القوتين F1 و F2 ، فإن القوة الكلية المؤثرة على الجسم تساوي صفرًا ، وستكون في حالة توازن (متعدية). على الرغم من أنه يقال إنه في حالة توازن متعدية ، إلا أنه يتم العمل بالقوة ، والتي يُطلق عليها عمومًا اسم لحظة القوة أو عزم الدوران ، مما يجعلها تدور.

كيف تفسر عزم الدوران بأخذ مثال؟

دعونا نفكر في مثال على الباب ونحاول فهم مفهوم عزم الدوران. لتدوير الباب ، قد نحتاج إلى قوة أكبر عندما نطبق القوة عند نقطة أقرب إلى المفصلة. يؤثر الاتجاه الذي يتم تطبيق القوة فيه أيضًا على مقدار القوة المطلوبة

قد نحتاج إلى قوة أصغر عندما ينضم المحور إلى النقطة التي يتم فيها تطبيق القوة ، وتكون المفصلة متعامدة مع اتجاه عزم الدوران.

 كيف تم حساب عزم الدوران؟

تعتمد قيمة عزم الدوران على مقدار القوة المطبقة بالإضافة إلى المسافة العمودية من النقطة التي تطبق عندها القوة. يمكن الإشارة إلى المسافة العمودية على أنها ذراع المستوى. عندما نأخذ حاصل ضرب ذراع المستوى مع القوة المطبقة ، نحصل على عزم الدوران. طول ذراع المستوى هو 'r' و '' هي تلك الزاوية التي يتم تكوينها بواسطة متجه القوة مع ذراع المستوى بعد ذلك ،

                                                                                                                    τ= فرسين

كيف تفسر مفهوم عزم الدوران في السيارة؟

بشكل عام ، يمكن اعتبار تعبير القوة الدورانية أو قوة الالتواء بمثابة عزم دوران. يقال إن عزم الدوران يتم إنشاؤه في مركبة عندما تميل المحركات المكونة لتلك المركبات إلى الدوران حول محور. يعتبر أساسًا قوة السيارة. يتم تشغيل الشاحنات الضخمة ذات الأحمال الثقيلة للخضوع لحركة من خلال عزم الدوران.

ما هي تطبيقات العزم؟

قد تكون بعض تطبيقات عزم الدوران على النحو التالي ،

  • الجيروسكوبات
  • أثناء ركوب الدراجة
  • بندول يتأرجح
  • علم يرفرف عند إرفاقه من جانب واحد
  • المظلة
  • في لعبة التوازن

فرق بين عزم الدوران والعزم.

إن عزم الدوران ليس سوى حالة خاصة في الوقت الراهن. يرتبط عزم الدوران بشكل عام بمحور الدوران المقابل للدوران. في المقابل ، فإن اللحظة مرتبطة فقط بتحقيقها بواسطة قوة خارجية تؤدي إلى الدوران.

هل العزم هو شكل من أشكال الطاقة؟

لا يمكن اعتبار عزم الدوران طاقة لأنه متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب التبادلي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. رياضياً ، يمكننا تفسير عزم الدوران على أنه متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب الاتجاهي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة. المتجه الذي نحصل عليه ، والذي ليس سوى عزم الدوران ، متعامد بشكل أساسي مع المتجهات المتضمنة في حاصل الضرب الاتجاهي. يمكن رؤية المتجه وهو يشير إلى الصفحة أو خارج الصفحة.

كيف يمكنك التفريق بين عزم الدوران والقوة؟

تؤثر القوة على قيمة عزم الدوران ، لكن كلاهما ليسا متماثلين. في ميكانيكا الدوران ، يمكننا القول إن المقابل المقابل للقوة ليس سوى عزم الدوران. إن خاصية القوة التي تمكنه من إحداث دوران أو التفاف حول المحور هي ببساطة العزم ؛ قد يكون هذا هو الفرق الأساسي بينهما.

اذكر بعض أمثلة عزم الدوران في حياتنا اليومية.

وهناك عدد قليل أمثلة تصور عزم الدوران يمكن أن تعطى أدناه ،

  • عندما نفتح غطاء زجاجة
  • عجلة القيادة عندما حاولت الاستدارة
  • أثناء ركوب الدراجة
  • بندول يتأرجح
  • علم يرفرف عند إرفاقه من جانب واحد
  • المظلة
  • في لعبة التوازن

كيف يرتبط عزم الدوران بالقوة؟

إن خاصية القوة التي تمكنه من إحداث دوران أو التفاف حول المحور هي ببساطة العزم. إن إنفاق القوة التي تحدث من أجل تدوير جسم حول محور ما هو إلا عزم الدوران. يتسارع الجسم بتأثير القوة ، كما هو الحال في علم الحركة الخطية ، بينما في الحركية الزاوية ، يتم تنفيذ نفس الإجراء بواسطة عزم الدوران.

اذكر بعض خصائص عزم الدوران

الخصائص التي ترتبط بعزم الدوران هي ،

  • عزم الدوران هو في الأساس كمية متجهة
  • تحدد القوة التي تعمل على طول محور الدوران اتجاه ناقل عزم الدوران.

ماذا تقصد بعزم الدوران الموجب والسالب؟

يمكن أن يكون عزم الدوران موجبًا وسالبًا وفقًا لاتجاه القوة. نحصل على عزم موجب عندما تعمل القوة المسؤولة عنه في اتجاه عقارب الساعة. وبالمثل ، فإن أي قوة يُعتقد أنها تعمل في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة ستقترن بـ a عزم الدوران السلبي. نظرًا لأن عزم الدوران يتأثر بالمسافة والقوة ، فعندما يبدو أنهما أكبر ، يؤديان إلى ارتفاع عزم الدوران.

ماذا يحدث عندما يوضع ثنائي القطب في مجال كهربائي غير منتظم؟

يواجه ثنائي القطب القوة وكذلك عزم الدوران عند تعرضه لمجال كهربائي غير منتظم. ثم يتم محاذاة ثنائي القطب على طول اتجاه المجال ، وتكون القوة التي تتعرض لها الشحنات في ثنائي القطب غير متساوية ؛ ينتج عن هذا صافي قوة تعمل على ثنائي القطب على طول اتجاه المجال.

متى يختبر ثنائي القطب أقصى مجال كهربائي؟

نحن بالفعل أعلم أن عزم الدوران على ثنائي القطب يتم حسابه بواسطة الصيغة τ = PEsinθ. من خلال التعبير أعلاه ، من الواضح أن قيمة عزم الدوران ستكون قصوى عندما تكون sinθ هي الحد الأقصى ، وهذا يحدث عندما تكون قيمة θ 90 درجة. إذن ، sin90 درجة = 1

في كم اتجاه يقيس مفتاح عزم الدوران عزم الدوران؟

من المعروف أن قياس عزم الدوران بواسطة مفتاح عزم الدوران يتم في اتجاه واحد فقط. يمكن لمفتاح عزم الدوران تقييم عزم الدوران في اتجاه واحد فقط حيث توجد إمكانية جانب واحد فقط ينقر فيه مفتاح عزم الدوران. مفتاح عزم الدوران ، بشكل عام ، يتصرف ببساطة كمفتاح عادي في الاتجاه الآخر.

هل مفتاح عزم الدوران يشد الحبل؟

نعم ، يمكن أيضًا استخدام مفتاح عزم الدوران في شد الحبل عن طريق تعديله. أولاً ، من المفترض أن نضبط الوزن ، ويجب تقوية المسمار في اتجاه (اتجاه عقارب الساعة بشكل عام). ثم في نهاية حلقة الحبل ، يتم وضع الوزن ، خاصة في الموضع المحدد. يُقال إنك انتهيت عندما تسمع صوت النقرة.

الملخص

يتم تحديد الاتجاه المناسب لعزم الدوران باستخدام قاعدة اليد اليمنى ، والتي تنص على أن الأصابع الموجودة في اليد اليمنى تلتف على طول الاتجاه الذي يشير إلى نصف القطر بالإضافة إلى القوة المطبقة ، ثم يتم تمثيل اتجاه عزم الدوران بواسطة إبهام اليد اليمنى. عزم الدوران هو متجه ينتج عندما نأخذ حاصل الضرب الاتجاهي لمتجه المسافة الشعاعية مع متجه القوة.

Harshitha HN

مرحبًا ..... أنا Harshitha H N. لقد أكملت درجة الماجستير في الفيزياء من جامعة ميسور بتخصص في الفيزياء النووية. أنا على دراية جيدة بمجال Latex وبرامج GAMESS وبرامج AVAGADRO. أنا أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في وقت فراغي. تهدف مقالتي دائمًا إلى تطوير وإضفاء بعض القيمة على الطاولة مع الموضوعات ذات الصلة. دعنا نتواصل عبر LinkedIn- https://www.linkedin.com/in/harshitha-hn-368418249

آخر المقالات