Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Natuurkunde · Begrippenlijst

Wat is Moment om een punt; om een as?

Definitie 15.1 Universitaire natuurkunde — jaar 1 · Hoofdstuk 15 — Impulsmoment

Het moment (of koppel) om een punt OO van een kracht F→\vect F die in MM aangrijpt is de vector

M→O(F→)=OM→∧F→(N m),\vect{\mathcal M}_O(\vect F) = \vect{OM}\wedge\vect F \qquad (\mathrm{N}\,\mathrm{m}),

loodrecht op het vlak van OM→\vect{OM} en F→\vect F, met norm OM⋅Fsin⁡α=F dOM\cdot F\sin\alpha = F\,d, waarin dd — de arm — de afstand is van OO tot de werklijn van F→\vect F. Het moment om een georiënteerde as Δ\Delta (eenheidsvector e→Δ\vect e_\Delta) door OO is de scalar MΔ=M→O⋅e→Δ\mathcal M_\Delta = \vect{\mathcal M}_O\cdot\vect e_\Delta, onafhankelijk van de keuze van OO op Δ\Delta; het verdwijnt als F→\vect F evenwijdig is aan Δ\Delta of die snijdt. Twee tegengestelde krachten op verschillende werklijnen vormen een krachtenkoppel, waarvan het moment F→∧AB→\vect F\wedge\vect{AB} om elk punt hetzelfde is.

Het moment van F om O: het uitwendig product OM F, met norm F\,d waarin d de afstand is van O tot de werklijn (de arm), gericht loodrecht op de figuur — hier naar de lezer toe.
Het moment van F→\vect F om OO: het uitwendig product OM→∧F→\vect{OM}\wedge\vect F, met norm F dF\,d waarin dd de afstand is van OO tot de werklijn (de arm), gericht loodrecht op de figuur — hier naar de lezer toe.

Voorbeelden

Voorbeeld 15.2 (De deur)

Een duw van 20 N20\,\mathrm{N} loodrecht op een deur, 0.80 m0.80\,\mathrm{m} van de scharnieren, heeft moment 16 N m16\,\mathrm{N}\,\mathrm{m} om de scharnieras; dezelfde duw op 0.10 m0.10\,\mathrm{m} geeft 2 N m2\,\mathrm{N}\,\mathrm{m}; langs de deur (werklijn door de scharnieren) nul. De reactie van het scharnier zelf, die de as snijdt, heeft er geen moment om: dat maakt de as de natuurlijke plek om momenten te nemen.

Voorbeeld 15.6 (De slinger met momenten)

Wiskundige slinger, as Δ\Delta door het draaipunt loodrecht op het zwaaivlak: LΔ=mℓ2θ˙L_\Delta = m\ell^2\dot\theta; de spankracht snijdt de as (geen moment), het moment van het gewicht is −mgℓsin⁡θ-mg\ell\sin\theta (arm ℓsin⁡θ\ell\sin\theta, terugdrijvend). De stelling geeft mℓ2θ¨=−mgℓsin⁡θm\ell^2\ddot\theta = -mg\ell\sin\theta, de vergelijking van Voorbeeld 12.12 zonder ooit de spankracht op te schrijven — het grote voordeel van momenten: krachten door de as verdwijnen.

Voorbeeld 15.10 (De schaatsster)

Met de armen uit heeft het lichaam van een schaatsster J≈4 kg m2J \approx 4\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2} plus twee armen van 3 kg3\,\mathrm{kg} op 0.8 m0.8\,\mathrm{m}: J1=4+2×3×0.64=7.8 kg m2J_1 = 4 + 2 \times 3 \times 0.64 = 7.8\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2}. Armen in (0.2 m0.2\,\mathrm{m}): J2=4.2 kg m2J_2 = 4.2\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2}. De reactie van het ijs en het gewicht hebben geen moment om de verticale as: JωJ\omega blijft behouden en het toerental stijgt met J1/J2=1.85J_1/J_2 = 1.85 — van 22 naar 3.73.7 omwentelingen per seconde — terwijl de kinetische energie met dezelfde factor stijgt, betaald door de spieren die de armen naar binnen trekken.

Lees in het hoofdstuk →