تعريف العزم في الفيزياء

مفهوم عزم الدوران في الفيزياء

يستخدم مصطلح عزم الدوران في الفيزياء لوصف التأثير المُحدد لقوة معينة، والتي تطبَّق على كائن ما، مما يجعل الجسم يدور حول محور، ويتعلق عزم الدوران أيضًا بالتسارع الذي يحدث بزاوية دائمًا.

يعمل كناقل حركة، ولكن يختلف الاتجاه وفقًا لاتجاه القوة التي يتم تطبيقها، ويتناسب مستوى القوة اللازمة لتوليد الحركة المطلوبة مع عزم الدوران، وتقل هذه القوة مع زيادة المسافة بين نقطة الدوران والمحور.

مقياس عزم الدوران في الفيزياء

هناك معادلة يمكن استخدامها لحساب عزم الدوران، وتتمثل في T = F × r × sin (theta)؛ حيث تعني F القوة الخطية، وr هي المسافة بين القوة ومحور الدوران، وtheta هي الزاوية بين محور الدوران وتطبيق القوة الخطية.

وحدة القياس المستخدمة لعزم الدوران في النظام المتري هي نيوتن متر (N-m)، أما وحدة القياس المستخدمة في اللغة الإنجليزية فهي رطل القدم، وتشمل الوحدات المسافة لأن عزم الدوران يرتبط بالمسافة، وكذلك بالقوة التي يتم تطبيقها على الجسم.

أمثلة عزم الدوران في الحياة اليومية

هناك أمثلة متعددة لعزم الدوران من الحياة اليومية ، على سبيل المثال ، يعد تشغيل مفتاح في القفل ، أو حتى إدارة مقبض الباب لفتح الباب كلها أمثلة على عزم الدوران ، كما تعمل العتلات استنادًا إلى مبدأ عزم الدوران أيضًا ، وأي شخص اضطر إلى فك صواميل العروة ، يفهم الحركة التي ينطوي عليها عزم الدوران.

بالإضافة إلى ذلك، عندما نسمع عن مصطلح “عزم الدوران”، فإنه غالبًا ما يرتبط بالسيارات، حيث يستخدم هذا المصطلح لوصف مدى قوة السيارة، ويكون عزم الدوران هو القوة التي تنتجها المكابس على عمود المرفق، مما يسبب دورانه وحركة العجلات.

معرفة عزم الدوران مهمة في الهندسة وتصميم العتلات وتطوير وتصميم محركات الاحتراق الداخلي، وبالتالي فإن معرفة عزم الدوران تكون مفيدة أيضًا لحساب مدى سرعة السيارة في التسارع.

عزم الدوران في السيارات

كما ذكر سابقا، فإن عزم الدوران هو مصطلح شائع بين مصنعي السيارات والمعلنين والمراجعين، ويعد مهما مثل الأرقام الأخرى مثل القدرة الحصانية، ورغم أن إعلان عزم الدوران لم يكن دائما متاحا، إلا أنه كان يتم ذكره في إعلانات ماركات السيارات في الثمانينيات على الرغم من كونها نادرة.

يعود هذا بشكل رئيسي إلى زيادة وزن السيارات الحديثة، حيث تمتلئ المحركات الحديثة بالتكنولوجيا والراحة والسلامة، مما يزيد وزنها بشكل كبير عن أقرانها منذ عقود، وبالتالي فإن هذه السيارات تحتاج إلى قوة أو عزم الدوران الإضافي لتحريكها.

يمكن ملاحظة أن عزم الدوران يعبر دائمًا عن القدرة الحصانية، وعند سرعة محرك معينة، مثل طورت سيارة Ford Fiesta Ecoboost، فإن ذروة عزم الدوران يكون بين 1400 دورة في الدقيقة و4000 دورة في الدقيقة.

عمومًا، تشعر السيارة بأنها أكثر استجابة عندما يتم تطوير عزم الدوران القصوى في نطاق دورة المحرك الأقل، ومع ذلك، يستمتع الكثيرون بمحركات عالية القوة التي تحتاج إلى دوران قوي قبل تطوير ذروةعزم الدوران.

يكون عزم الدوران ذو أهمية أكبر عندما تصبح المركبات أكبر حجما وأثقل وزنا. يمكن للسيارة الصغيرة في المدينة أن تنتقل بسهولة مع عزم دوران قليل، بينما تحتاج السيارة الرباعية الدفع الكبيرة أو الشاحنة اللوحية إلى عزم دوران أكبر لتحريكها. وهذا هو السبب في أن المركبات الأكبر عادة ما تكون مزودة بمحركات ديزل، حيث توفر الديزل عزم دوران أعلى عند سرعات دوران أقل من محركات البنزين.

معادلات عزم الدوران الأساسية

في حالة استخدام مفتاح ربط بطول 0.5 متر لإحكام ربط صمولة العجلة، ونحتاج إلى الاتكاء على الطرف الأقصى للمفتاح بقوة 50 نيوتن، فإن مجرد ضرب هذين الرقمين يعطينا قيمة عزم الدوران المطلوب في نيوتن متر، وهي 25 نيوتن متر

إذا كنت تريد الاحتفاظ بها في المدرسة القديمة، يمكنك استخدام القدم لقياس المسافة والباوند لقياس القوة، وربما يكون مفتاح الربط 18 بوصة (1.5 قدم) في هذه الحالة، ويجب تطبيق 20 رطلاً من القوة في الطرف البعيد
20 رطل × 1½ قدم = 30 رطل-قدم من عزم الدوران.

عزم دوران المحرك

إذا أنتج المحرك 500 نيوتن متر من عزم الدوران، فيمكن استخدام تفسير مماثل في الاتجاه المعاكس للمساعدة في فهم القوى المعنية، حيث يلزم لإيقاف هذا المحرك عن الدوران استخدام مفتاح طويل مترين واحد يرتبط بعمود الكرنك، ويتم تطبيق قوة 500 نيوتن في الطرف الآخر.

يعني أن كيلوغرامًا واحدًا يمارس قوة تقريبًا 9.8 نيوتن في جاذبية الأرض، وبالتالي، تحتاج إلى فارس يزن 50 كجم للوقوف في النهاية أو المتسابق العالمي ألان ماكنيش.

على الرغم من أن إيقاف المحرك الذي يولد 500 نيوتن لا يبدو كبيرًا، إلا أن عزم الدوران عند العجلات يتضاعف بشكل كبير عن طريق دوران المحرك. لذلك، قد يتم إيقاف المحرك من قبل الفارس، ولكنه لن يتمكن من إيقاف السيارة.

عزم الدوران مقارنة بالحصان

يرتبط عزم الدوران والقدرة الحصانية بشكل وثيق في محركات الاحتراق الداخلي، حيث لا يمكن الحصول على أحدهما دون الآخر. ويعود هذا الأمر إلى الرياضيات مرة أخرى، حيث يتم حساب القدرة الحصانية على النحو التالي:
HP = Torque x RPM ÷ 5252

ويعني هذا أنه إذا قمت بمقارنة محركين بأزواج عزم دوران مختلفة، فإن محرك العزم الدوران العالي سيعطي دائمًا قوة حصانية أكبر في أي سرعة محددة، ومع ذلك، لم يتم بناء العديد من محركات العزم الدوران العالي، لذلك غالبًا ما يتم اختراق أرقام الطاقة النهائية.

بالعكس، يمكن تصميم سيارة رياضية بمحرك بنزين عالي السرعة، حيث يتمتع بعزم دوران أقل، ولكن يتم توصيله القوي للطاقة بسرعات عالية مما يسمح للسيارة بالتحرك بشكل أسرع.

لذا، بالنسبة للمحركات اليومية، يكون محرك عالي العزم مفيدا بشكل كبير، ويعد ضروريا عندما تحتاج إلى سيارة تستطيع جر الحمولات الثقيلة أو الجر بالمقطورات الكبيرة. أما في القيادة العادية، فعزم الدوران غالبا ما يتعلق بالقوة الحصانية. لذلك، نولي اهتماما كبيرا لهذه الميزة في استعراضات السيارات.

عزم الدوران مقارنة بالقوة

التعريف

يحدث عزم الدوران عندما يتم تطبيق قوة على جسم ما، مما يؤدي إلى تدوير الجسم حول محور، وتعتبر القوة نوعًا من الإجراءات التي تؤدي إلى تغيير حركة الجسم أو مسارها.

نوع التسارع

عادةً ما يكون نوع التسارع المتضمن في عزم الدوران زاويًا، في حين يكون نوع تسارع القوة خطيًا في الغالب.

معادلة

المعادلة الرياضية المستخدمة عادة لحساب عزم الدوران هي T = F x r x sin (theta)، بينما المعادلة الرياضية المستخدمة عادة لتحديد القوة هي F = ma

وحدة القياس المترية

وحدة قياس النيوتن هي وحدة القياس المترية المستخدمة لحساب عزم الدوران، فيما تُستخدم وحدة النيوتن لقياس القوة.

وحدة القياس الإنجليزية

تستخدم وحدة الرطل-القدم لقياس عزم الدوران بالنظام الإنجليزي، في حين تستخدم وحدة الباوند لقياس القوة.