مفهوم عزم الدوران في الفيزياء
عزم الدوران في الفيزياء ، هو المصطلح العلمي الذي يستخدم لوصف التأثير المحدد لقوة ، يتم تطبيقها على كائن تتسبب فيه القوة ، في دوران الجسم حول محور ، ويتعلق عزم الدوران في الفيزياء أيضًا بالتسارع الذي يكون دائمًا بزاوية.كما أنه ناقل ولكن الاتجاه يختلف وفقًا لاتجاه القوة ، التي يتم تطبيقها ، وكمية القوة اللازمة لتحقيق الحركة مع عزم الدوران ، تنخفض مع زيادة المسافة من نقطة الدوران.
مقياس عزم الدوران في الفيزياء
هناك معادلة يمكن استخدامها لحساب عزم الدوران ، وهي T = F x r x sin (theta) ، في هذه المعادلة F هي قوة خطية ، و r هي المسافة بين القوة ومحور الدوران ، في حين أن ثيتا ، هي الزاوية بين كل من محور الدوران وتطبيق القوة الخطية.ووحدة القياس المستخدمة لعزم الدوران في النظام المتري ، هي نيوتن متر (الرمز N-m) ، ووحدة اللغة الإنجليزية المستخدمة لقياس عزم الدوران ، هي رطل القدم ، كما تتضمن الوحدات المسافة لأن عزم الدوران ، يرتبط بالمسافة ، وكذلك بالقوة التي يتم تطبيقها على الجسم.[1]
أمثلة عزم الدوران في الحياة اليومية
هناك أمثلة متعددة لعزم الدوران من الحياة اليومية ، على سبيل المثال ، يعد تشغيل مفتاح في القفل ، أو حتى إدارة مقبض الباب لفتح الباب كلها أمثلة على عزم الدوران ، كما تعمل العتلات استنادًا إلى مبدأ عزم الدوران أيضًا ، وأي شخص اضطر إلى فك صواميل العروة ، يفهم الحركة التي ينطوي عليها عزم الدوران.إضافة إلى أنه عندما نسمع عن مصطلح (عزم الدوران) ، فإنه غالبًا ما يكون في سياق السيارات ، فعزم الدوران هو أحد المصطلحات التي يتم طرحها بشكل عام ، لوصف مدى قوة السيارة ، ويكون عزم الدوران هو القوة التي تضعها المكابس على عمود المرفق ، مما يتسبب في دورانها والعجلات.إن معرفة عزم الدوران مهم في الهندسة ، وتصميم العتلات ، وحتى في تطوير ، وتصميم محركات الاحتراق الداخلي ، لذا إن معرفة عزم الدوران مفيد أيضًا عندما يتعلق الأمر بحساب مدى سرعة السيارة في التسارع.
عزم الدوران في السيارات
كما ذكرنا سابقًا ، أن عزم الدوران كلمة شائعة حول مصنعي السيارات ، والمعلنين والمراجعين ، وهي مهمة تمامًا مثل أرقام العناوين الأخرى مثل القدرة الحصانية ، ولم يكن الإعلان عن عزم الدوران أمرًا دائمًا ، على الرغم من ذلك ، لو عدنا بالسنوات إلى الماضي سنجد في إعلانات ماركات السيارات في الثمانينيات تشمل عزم الدوران ، ولكن بالكاد يتم ذكرها.هذا يرجع في الغالب إلى الوزن الزائد للسيارات الحديثة ، حيث أن المحركات الحديثة مليئة بالتكنولوجيا والراحة والسلامة ، والتي تزن أكثر بكثير من نظيراتها منذ عقود ، وهذا يعني أن هذه السيارات تحتاج إلى المزيد من القوة ، أو عزم الدوران لتحريكها.وقد تلاحظ أن عزم الدوران ، مثل القدرة الحصانية حيث يتم التعبير عنه دائمًا ، عند سرعة محرك معينة ، على سبيل المثال ، طورت سيارة Ford Fiesta Ecoboost ، ذروة عزم دوران بين 1400 دورة في الدقيقة ، و 4000 دورة في الدقيقة.وبشكل عام ، ستشعر السيارة بأنها أكثر استجابة ، عندما يتم تطوير عزم دوران الذروة منخفضًا في نطاق دورة المحرك ، ولكن الكثير من الناس يستمتعون بمحركات عالية القوة ، تحتاج إلى الدوران بقوة قبل تطوير ذروة عزم الدوران.ويصبح عزم الدوران أكثر أهمية عندما تصبح المركبات أكبر وأثقل ، كما يمكن لسيارة صغيرة في المدينة ، أن تبحر بسهولة مع القليل من عزم الدوران ، في حين تتطلب سيارة الدفع الرباعي الكبيرة ، أو الشاحنة اللوحية الكثير لتحريكها ، وهذا هو السبب في أن المركبات الأكبر ، تميل إلى أن تكون مزودة بمحركات ديزل ، وتوفر الديزل عزم دوران أكبر عند دورات دوران أقل ، من محركات البنزين.
معادلات عزم الدوران الأساسية
لنفترض أننا نستخدم مفتاح ربط بطول 0.5 متر ، لإحكام ربط صمولة العجلة ، ونحتاج إلى الاتكاء على الطرف الأقصى للمفتاح بقوة 50 نيوتن ، للقيام بذلك بإحكام ، فإن مجرد ضرب الرقمين ، يعطينا رقم عزم الدوران المطلوب في نيوتن متر : 50 N × (م)0.5 × = 25 نيوتن متر من عزم الدوران.وإذا كنت ترغب في الاحتفاظ بها في المدرسة القديمة ، يمكنك قياس المسافة بالأقدام ، والقوة بالباوند ، وهذه المرة قد يكون مفتاح الربط 18 بوصة (1ونص قدم) ، ونطبق 20 رطلاً من القوة في الطرف البعيدة :20 (رطل) × 1½ (قدم) = 30 رطل قدم من عزم الدوران.[2]
عزم دوران المحرك
إذا كان المحرك ينتج 500 نيوتن متر من عزم الدوران ، يمكننا استخدام تصور مماثل في الاتجاه المعاكس للمساعدة في فهم القوى المعنية ، حيث يتطلب إيقاف مثل هذا المحرك من الدوران مفتاحًا طويلًا مترًا واحدًا متصلًا بعمود الكرنك ، مع تطبيق قوة 500 نيوتن في الطرف الآخر.ونظرًا لأن كيلوغرامًا واحدًا يمارس قوة تبلغ 9.8 نيوتن تقريبًا ، في جاذبية الأرض ، فإن هذا يعني أنك ستحتاج إلى فارس 50 كجم للوقوف في النهاية أو إلى المتسابق العالمي ألان ماكنيش.فإذا كان هذا لا يبدو وكأنه جهد كبير لإيقاف المحرك الذي يصنع 500نيوتن ، فلا تنس أن عزم الدوران عند العجلات ، يتضاعف بشكل كبير عن طريق تحريك دوران المحرك ، لذلك قد يوقف الفارس المحرك ، لكنه لا يستطيع إيقاف السيارة.
عزم الدوران مقارنة بالحصان
يرتبط عزم الدوران والقدرة الحصانية ارتباطًا وثيقًا ، لأنه في محرك الاحتراق الداخلي ، لا يمكنك الحصول على أحدهما دون الآخر ، يعود الأمر إلى الرياضيات مرة أخرى ، حيث يتم حساب HP على النحو التالي:HP = Torque x RPM ÷ 5252وهذا يعني أنه إذا قارنت بين محركين بمخرجات عزم دوران مختلفة ، فإن محرك عزم الدوران العالي ، سيجعل دائمًا قوة حصانية أكبر في أي سرعة محرك معينة ،ومع ذلك ، لم يتم بناء العديد من محركات عزم الدوران العالية ، لذلك غالبًا ما يتم اختراق أرقام الطاقة النهائية.وعلى النقيض من ذلك ، يمكن تصميم سيارة رياضية بنزين عالية السرعة ، بحيث يكون لها عزم دوران أقل ، ولكن توصيلها القوي للطاقة بسرعات عالية للمحرك ، يسمح لها بالسير بشكل أسرع.ولهذا السبب ، بالنسبة إلى المحركات اليومية ، فإن مرونة محرك عالي العزم ، غالبًا ما تكون أكثر فائدة ، وهي ضرورية عندما تحتاج إلى سيارة ، لسحب المقطورات الكبيرة أو حمل الأحمال الثقيلة ، أما في القيادة العادية ، غالبًا ما يكون عزم الدوران أكثر ارتباطًا بالقدرة الحصانية ، ولهذا السبب نولي اهتمامًا كبيرًا لها في مراجعات السيارات.[3]
عزم الدوران مقارنة بالقوة
التعريفعزم الدوران هو عندما يتم تطبيق قوة على كائن معين ، يؤدي إلى تحرك الجسم بالتدوير حول محور ، أما القوة هي نوع من الإجراءات ، التي تؤدي إلى تغيير الجسم في الحركة ، أو تغيير مسار الحركة.نوع التسارعدائمًا ما يكون نوع التسارع المتضمن في عزم الدوران زاويًا ، بينما يكون نوع تسارع القوة خطيًا في الغالب.معادلةالمعادلة الرياضية التي غالبًا ما تستخدم لحساب عزم الدوران هي T = F x r x sin (theta)، أما المعادلة الرياضية التي غالبًا ما تستخدم لتحديد القوة هي F = maوحدة القياس المتريةمقياس نيوتن هو وحدة القياس المترية ، المستخدمة عند حساب عزم الدوران، أما نيوتن هو وحدة القياس المستخدمة عند قياس القوة.وحدة القياس الإنجليزيةوحدة القياس الإنجليزية التي تستخدم لعزم الدوران هي رطل القدم، أما وحدة القياس الإنجليزية المستخدمة للقوة هي الباوند.
