力のモーメント
着眼点回転させるはたらき=力×腕の長さ。腕の長さは「回転軸から力の作用線までの垂直距離」。
M=Fl=Fr\sin\theta
r は軸から作用点までの距離、\theta は r の向きと力のなす角。反時計回りを正などと決めて符号をつける。単位 \mathrm{N\cdot m}。
大きさが等しく逆向きで作用線がずれた2力(偶力)は、合力は0だが回転させる。偶力のモーメントはどの点のまわりでも F\times(作用線の間隔)。
例題
1
長さ 0.20\ \mathrm{m} のスパナの端に、柄に垂直に 50\ \mathrm{N} の力を加えた。ボルトのまわりの力のモーメントの大きさを求めよ。
解答
M=50\times0.20=10
10\ \mathrm{N\cdot m}
10\ \mathrm{N\cdot m}
2
軸から 0.30\ \mathrm{m} の点に、棒と 30^\circ の角をなす向きに 40\ \mathrm{N} の力を加えた。力のモーメントの大きさを求めよ。
解答
腕の長さ 0.30\sin30^\circ=0.15\ \mathrm{m}。M=40\times0.15=6.0
6.0\ \mathrm{N\cdot m}
6.0\ \mathrm{N\cdot m}
注意作用点までの距離をそのまま掛けない。力が斜めなら \sin\theta がつく。軸を通る力のモーメントは0。