Двотаврові балки в конструкції будівлі
Загальні відомості
Термінологія в англійській мові
Приклади моменту сили
висновок
Загальні відомості
Момент сили - це фізична величина, що характеризує наскільки сила, прикладена до тіла, викликає обертання тіла навколо осі. В англійській і деяких інших мовах це явище називають різними словами, в залежності від контексту. Оскільки ця стаття написана для сайту перекладачів, ми трохи поговоримо про термінологію в інших мовах. Величина моменту сили дорівнює векторному добутку сили, прикладеної до тіла на обчислене по перпендикуляру відстань між віссю обертання і точкою прикладання сили, яка викликає обертання. В англійській мові для моменту сили використовують два терміни, момент сили (moment of force) і окремий термін, torque. Англійський термін torque використовують для позначення фізичної величини, яку вимірюють так само, як і момент сили (в англійському), але тільки в контексті, в якому сила, відповідальна за це властивість, обов'язково викликає обертання тіла. Цю величину також вимірюють, помноживши силу на відстань між віссю обертання і точкою прикладання сили. У російській мові терміну «torque» відповідають терміни «обертовий момент» і «обертальний момент», які є синонімами. Російський термін «крутний момент» відноситься до внутрішніх зусиль, які виникають в об'єктах під дією прикладених до них навантажень. Цьому терміну відповідають англійські терміни «torsional movement», «torque effect», «torsional shear» і деякі інші.
Момент, що обертає (torque в англійській термінології) - результат додатка двох сил, які рука докладає до викрутки, а викрутка, в свою чергу - до голівки гвинта
Як уже згадувалося вище, в цій статті ми приділяємо багато уваги контексту, в якому використовується той чи інший англійський термін. Наше завдання - пояснити різницю, щоб допомогти читачеві, якщо він в майбутньому зіткнеться з цими термінами в англійському тексті. Найголовніше, що слід пам'ятати - обидва терміни, момент сили і torque, використовують для однієї і тієї ж фізичної величини, але в різних контекстах. У багатьох мовах, як і в російській, використовують тільки один термін. Нижче розглянемо в якому ж контексті використовують кожен з цих термінів.
Термінологія в англійській мові
Як ми вже згадували вище, англійські терміни «момент сили» і «torque» використовують для одного і того ж поняття, але в різних контекстах. В цьому розділі обговоримо, коли в англійському найбільш часто використовують термін «момент сили» і майже не використовують «torque». Часто про поняття «torque» кажуть в контексті, коли сила, що діє на тіло викликає зміна кутового прискорення тіла. З іншого боку, коли в англійській мові говорять про момент сили, то сила, що діє на тіло не обов'язково викликає таке прискорення. Тобто, «torque» - це окремий приклад моменту сили, але не навпаки. Можна також сказати, що «torque» - це момент сили, але момент сили - не "torque».
Нижче розглянемо кілька прикладів. Варто ще раз нагадати, що різниця у використанні цих двох термінів залежить від контексту, але використовують їх для одного і того ж фізичного явища. Нерідко обидва ці терміни використовують поперемінно.
На комірець діє пара сил від рук, в результаті чого виникає крутний момент, (по-англійськи torque).
Щоб зрозуміти, що таке момент сили, розглянемо спочатку, що таке момент в загальному. Момент - це інтенсивність, з якою сила діє на тіло на певній відстані щодо тіла. Величина моменту сили залежить від величини сили, яка діє на тіло, і від відстані від точки прикладання сили до точки на тілі. Як ми побачили з визначення вище, ця точка часто знаходиться на осі обертання.
Момент сили пропорційний силі і радіусу. Це означає, що якщо сила прикладена до тіла на певній відстані від осі обертання, то обертальний дію цієї сили множиться на радіус, тобто чим далі від осі обертання прикладено сила, тим більше що обертає дію вона надає на тіло. Це принцип використовується в системах важелів, шестерень і блоків, щоб отримати виграш в силі. У цьому контексті найчастіше говорять про момент сили і про його використанні в різних системах, наприклад в системах важелів. Приклади роботи важелів показані в статті «Детальніше про обертального моменту» . Варто зауважити, що в цій статті ми в основному обговорюємо крутний момент, що відповідає англійському терміну «torque».
Згинальний момент. У даній ситуації немає крутіння, тому тут краще говорити про момент сили, а не про обертального моменту.
Іноді поняття момент сили і крутний момент розрізняють за допомогою поняття «пари сил». Пара сил - це дві сили однакової величини, що діють в протилежному напрямку. Ці сили спричиняють обертання тіла, і їх векторна сума дорівнює нулю. Тобто, термін «момент сили» використовують в більш загальному контексті, ніж крутний момент.
У деяких випадках термін «обертовий момент» використовують, коли тіло обертається, в той час як термін «момент сили» використовують, коли тіло не обертається, наприклад, якщо мова йде про опорних балках та інших конструктивних елементах будівель в будівництві. У таких системах кінці балки або жорстко закріплені (жорстке закладення), або кріплення дозволяє балці обертатися. У другому випадку говорять, що ця балка закріплена на шарнірної опорі. Якщо на цю балку діє сила, наприклад, перпендикулярно її поверхні, то в результаті утворюється момент сили. Якщо балка не фіксована, а прикріплена на шарнірної опорі, то вона вільно рухається у відповідь на діючі на неї сили. Якщо ж балка фіксована, то в протидію моменту сили утворюється інший момент, відомий як згинальний момент. Як видно з цього прикладу, терміни момент сили і крутний момент розрізняються тим, що момент сили не обов'язково змінює кутове прискорення. У цьому прикладі кутове прискорення не змінюється тому, що силам ззовні, чинним на балку, протидіють внутрішні сили.
Приклади моменту сили
Тут момент сили кожної дитини дорівнює вазі цієї дитини, помноженому на його відстань від осі обертання. Дівчинка сидить ближче до точки опори, але докладає більше сили до гойдалок, ніж хлопчик, тому гойдалки - в рівновазі.
Хороший приклад моменту сили в побуті - це дія на тіло одночасно моменту сили і згинального моменту, про який ми говорили вище. Момент сили часто використовують в будівництві і в проектуванні будівельних конструкцій, так як, знаючи момент сили, можна визначити навантаження, яку повинна витримати ця конструкція. Навантаження включає навантаження від власної ваги, навантаження, викликане зовнішніми впливами (вітром, снігом, дощем, і так далі), навантаження від меблів і навантаження, викликане відвідувачами і мешканцями будинку (їх вага). Навантаження, викликана людьми і інтер'єром, називається в будівництві корисним навантаженням, а навантаження, викликана вагою самої будівлі і навколишнім середовищем називається статичної або постійним навантаженням.
При будівництві в 1900 році моста Олександри через річку Оттава використано багато двотаврових балок
Якщо на балку або інший конструктивний елемент діє сила, то у відповідь на цю силу виникає згинальний момент, під дією якого деякі частини цієї балки стискаються, в той час як інші, навпаки, розтягуються. Уявімо, наприклад, балку, на яку діє сила, спрямована вниз і прикладена по центру. Під впливом цієї сили балка приймає увігнуту форму. Верхня частина балки, на яку діє сила, стискається під впливом цієї сили, в той час як нижня, навпаки, розтягується. Якщо навантаження більше, ніж цей матеріал може витримати, то балка руйнується.
Найбільше навантаження - на самий верхній і самий нижній шари балки, тому в будівництві і при проектуванні споруд ці шари часто зміцнюють. Хороший приклад - використання двотаврових конструкцій. Двотавр - конструктивний елемент з поперечним перерізом у формі букви Н або латинської літери "I" з верхньої та нижньої зарубками (тому англійською мовою використовують термін I -beam, Така форма дуже економічна, так як вона дозволяє зміцнити найслабші частини балки, використовуючи при цьому найменшу кількість матеріалу. Найчастіше двотаврові балки зроблені зі сталі, але для міцної балки двотаврової конструкції цілком можна використовувати і інші матеріали. На YouTube можна знайти відеосюжети випробування двотаврових балок, зроблених з матеріалів, мен її міцних, ніж сталь, наприклад з пінопласту і фанери (потрібно шукати plywood beam test). Двотаврові балки з фанери і деревостружкових плит з'явилися на російському ринку будматеріалів відносно недавно, хоча вони давно і дуже широко застосовуються при будівництві каркасних будинків в Північній Америці.
Якщо на конструкцію діє згинальний момент, то двотаврові балки - рішення проблем, пов'язаних з міцністю. Двотаврові балки також використовують в конструкціях, які піддаються напрузі зсуву. Краї двотаврової балки протидіють вигинає моменту, в той час як центральна опора протистоїть навантаженню зсуву. Незважаючи на її гідності, двотаврова балка не може протистояти обертовим навантажень. Щоб зменшити це навантаження на поверхню конструкції, її роблять круглої і полірують поверхню, щоб запобігти скупченню навантаження в точках з нерівною поверхнею. Збільшення діаметра і виготовлення такої конструкції порожнистої всередині може допомогти зменшити її вагу.
Турбогвинтові двигуни з повітряними гвинтами створюють крутний момент, який діє на фюзеляж цього турбогвинтового літака; по-англійськи в даному випадку можуть говорити про момент сили (moment of force) або про виникнення напруги при крученні (torsional stress), так як обертання відсутня
висновок
В цей статті ми розглянули, чим відрізняються терміни «момент сили» і «обертовий момент», а також англійські терміни «moment of force» і «torque», і побачили кілька прикладів моменту сили. В основному ми говорили про випадки, коли момент сили створює проблеми в будівництві, але часто буває навпаки і момент сили приносить користь. Приклади використання моменту сили на практиці - в статті «Детальніше про обертального моменту» . Варто також згадати, що різниця в термінології в англійській мові найчастіше значна в американському і британському машинобудуванні і будівництві, в той час як у фізиці ці терміни часто взаємозамінні.
література
Автор статті: Kateryna Yuri
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.
