شرح مفصل عن عزم الدوران
يعتبر مصطلح العزم من أكثر المصطلحات الهندسية والفيزيائية التي يتم ذكرها وضرب الأمثلة عليها وعليه تبنى الكثير من العمليات الحسابية الدقيقة، ويعرف عزم الدوران (بالإنجليزية: Torque) بأنه مقياس لمقدار القوة التي تتسبب بدوران جسم ما حول محور معين، ففي الحركة الخطية يُقال أن القوة هي التي تجعل الجسم يتسارع، وبالمثل فإن عزم الدوران هو ما يجعل الجسم يكتسب التسارع الزاوي في الحركة الدورانية الخاصة به، ومن الجدير بالذكر أن عزم الدوران هو كمية متجهة، تتمثل في اتجاه القوة على المحور، وتزداد هذه القوة كلما اقتربت المسافة من المحور وتقل بابتعاد المسافة عن المحور.[١]
قانون عزم الدوران
يمكن حساب عزم الدوران باستخدام قانون عزم الدوران (بالإنجليزية: Law of torque) وهو كالآتي:[٢]
حيث إن رموز القانون عن الآتي:
- T: عزم الدوران ويقاس بوحدة نيوتن. متر (N.M).
- F: القوة الخطية وتقاس بوحدة نيوتن (N).
- r: طول ذراع القوة، أو المسافة المقاسة من محور الدوران إلى مكان تطبيق القوة الخطية، وتقاس بوحدة المتر (m).
- θ: الزاوية بين اتجاه تطبيق القوّة (F) وطول ذراع القوّة (r)، وهناك حاجة إلى وجود ثيتا لمراعاة الاتجاه الذي يتم تطبيق القوة الخطية منه، إذ إنه لن يتم دفع القوة دائمًا من بشكلٍ مباشر مثل دفع الباب، ولكن يمكن أن يأتي الدفع من زوايا مختلفة.
مثال حسابي على عزم الدوران
لعزم الدوران الكثير من الأمثلة الحياتية التي يمكن أن يشتق منها بعض المعادلات الحسابية بعد إسقاطها على أرض الواقع، ومن أبسط الأمثلة العملية التي يمكن تطبقها حسابيًا هو مفتاح فك صواميل عجلات السيارات المتوفر في محلات صيانة السيارات أو الموجود في حقيبة المركبات؛ والمثال الآتي يوضح كيفية حساب عزم الدوان في المفك باستخدام القانون:[٣]
مفتاح خاص بفك صواميل العجلات مثبت على صامولة بحيث يميل بمقدار 15% عن المستوى الأفقي؛ طول المفتاح من بدايته وحتى نهايته يساوي 0.60 متر، ويركز عليه وزنًا مقداره 900 نيوتن، فما مقدار عزم الدوران اللازم لتدوير المفتاح وفك الصامولة:[٣]
نسبة الـ 15% المذكورة في المثال هي نسبة الميل عن المستور الأفقي، ولكن هذه النسبة ليست الزاوية θ، إذ يجب حساب الزاوية بين r و F، ويوجد ميل بمقدار 15 درجة من الأفقي بالإضافة إلى زاوية 90 درجة من الاتجاه الأفقي إلى متجه القوة السفلية، مما ينتج عنه إجمالي 105 درجة كقيمة θ، وعليه فإن معطيات السؤال هي:
- θ = 105
- r = 0.60 m
- F = 900 N
-
- T= 900 × 0.60 × sin(105)
- T= 520 N.m
أنواع عزم الدوران
لعزم الدوران نوعان رئيسيان لا بد من ذكرهما ومعرفة كليهما وما يميز الأول عن الآخر باختلاف حالاتهما ومسمياتهما، وهما:[٤]
- العزم الثابت (الستاتيكي): عزم الدوران الثابت هو عزم لا ينتج عنه تسارع زاوي، ومن الأمثلة عليه دفع الباب المغلق لأن الباب لا يدور مع وجود تأثير العزم عليه.
- العزم الديناميكي: عزم الدوران الديناميكي هو عزم ينتج تسارعًا زاويًا، ويظهر في عمود قيادة سيارات السباق التي يتغير تسارعها من لحظة بداية الانطلاق فينتج عنه عزمًا ديناميكيًا نظرًا لنشوء التسارع الزاوي للعجلات على طول المسار.
تطبيقات على عزم الدوران
يدخل عزم القوة في الحياة اليومية ضمن الكثير من التجارب والتطبيقات الروتينية، ومنها ما يأتي:[٥]
- أثناء فتح غطاء زجاجة المشروبات.
- أثناء فتح الباب ذي الفصالات.
- أثناء استخدام مفتاح فك صواميل عجلات السيارات.
المراجع
- ↑ "What is torque?", www.khanacademy.org, Retrieved 19/9/2021. Edited.
- ↑ "Torque: Definition, Equation & Formula", study.com, Retrieved 19/9/2021. Edited.
- ^ أ ب "Calculating Torque", www.thoughtco.com, Retrieved 19/9/2021. Edited.
- ↑ "Types of Torque", byjus.com, Retrieved 19/9/2021.
- ↑ "-following-identify-the-applications-of-torque/", www.toppr.com, Retrieved 21/9/2021. Edited.
