▷ Что такое пара сил? (формула и примеры)

В этой статье объясняется, что такое пары сил и как рассчитать момент пары сил. Кроме того, вы найдете свойства крутящего момента и конкретный пример расчета.

Что такое пара сил?

Пара сил – это система, образованная двумя параллельными силами одинаковой величины, но направленными в противоположные стороны. Кроме того, силы пары сил вызывают вращательное движение тела.

Например, когда вы поворачиваете руль автомобиля обеими руками, вы прикладываете к рулю некоторые силы.

Важной характеристикой пары сил является то, что результирующая сила системы равна нулю, поскольку две приложенные силы имеют одинаковое направление и интенсивность, но их направление противоположно. Таким образом, система находится в равновесии сил.

➤ См.: как рассчитать равнодействующую силу

В физике пару сил еще называют крутящим моментом или просто крутящим моментом.

Момент некоторых сил

Пара сил создает момент на приложенном теле. Момент пары сил равен величине силы в системе, умноженной на расстояние, разделяющее две силы.

$M=F_1\cdot d=F_2\cdot d$

Общий момент (или крутящий момент) пары сил в центре твердого тела создается двумя силами. А поскольку две силы имеют одинаковый модуль, но их направление противоположно, обе создают момент одинаковой величины и одного и того же направления.

Поэтому очень просто продемонстрировать формулу для пары сил; достаточно сложить значения двух моментов, создаваемых силами:

$\begin{aligned}M&=F_1\cdot \cfrac{d}{2}+F_2\cdot \cfrac{d}{2} \\[1ex]&=F_1 \cdot \cfrac{d}{2 }+F_1 \cdot \cfrac{d}{2}\\[2ex] & = F_1\cdot d \\[2ex] &=F_2 \cdot d\end{aligned}$

Момент пары сил порождает вращательное движение тела, поэтому оно не находится во вращательном равновесии. Другими словами, твердое тело находится в балансе сил, но не в балансе моментов.

Пример некоторых сил

Учитывая определение пары сил, мы увидим пример того, как рассчитывается момент пары сил, чтобы закончить усвоение понятия.

Рассчитайте момент, создаваемый парой сил массой 16 Н, разделенных расстоянием 3 м.

Чтобы определить момент силы крутящего момента упражнения, мы должны применить формулу, которую мы видели в разделе выше:

$M=F_1\cdot d$

А теперь просто подставляем данные из задачи в формулу и вычисляем момент пары сил:

$M=16\cdot 3=48 \ Nm$

Свойства крутящего момента

В целом пары сил имеют следующие характеристики:

Пара сил может быть передана в соответствии с направлением сил системы, и вызываемый ею эффект не изменится.
Вы также можете перенести пару сил в другую параллельную плоскость, поскольку производимый эффект будет таким же.
Когда твердое тело вращается вокруг средней точки, пара сил может быть преобразована в одну эквивалентную силу, создающую тот же момент.
Математически пару сил можно заменить эквивалентной системой с силами разной величины и длиной плеча, этого достаточно для сохранения момента возникающей силы.