¿Cómo funciona el par motor a nivel intuitivo?

Question

Acabo de ver algunos vídeos sobre el par de torsión, y eso me ha creado confusión.

1. ¿Qué es exactamente el par motor? Algunos dicen que es el equivalente rotacional de una fuerza, pero las unidades no coinciden. Algunos dicen que es la torsión de un cuerpo rígido. Pero eso también es una fuerza. Hay quien dice que es el efecto de giro de una fuerza, pero ¿significa eso que el par motor es el efecto de la aplicación de una fuerza? Algunos dicen que el par es la capacidad de una fuerza de causar una aceleración angular, pero incluso la fuerza tiene esa capacidad, y esta afirmación dice que el par es la capacidad de una capacidad de causar movimiento, y entonces estamos diciendo que par=tipo de fuerza, pero ¿unidades?
2. ¿qué se entiende por 1Nm de par? ¿Significa que hay 1N de fuerza tangencial a 1m del punto de giro de un cuerpo rígido? ¿Para qué sirve esto? ¿Qué nos dice sobre el cuerpo?
3. ¿qué significa la aplicación del par motor? 4)¿hay alguna razón intuitiva de por qué la cosa de la distancia del pivote es un factor del que depende el par, aparte de la fórmula o los experimentos?
4. ¿por qué disminuye esta velocidad si se produce un aumento del par motor para una potencia constante? (por favor, NO utilices la fórmula, conozco las relaciones inversas-por favor, da una razón intuitiva), ya que cuando hay más par, hay más fuerza en esa distancia concreta, por lo que debe haber más aceleración, por lo que más velocidad. ¿Cómo funciona esto? Tengo muchas más preguntas, pero no sé cómo plantearlas. Por favor, ayuda.

Answer 1

(1) El par se define como $\vec{M} := \vec{x} \times \vec{F}$ En efecto, NO es una fuerza, pero tiene cierta analogía con ella ya que satisface la ecuación \begin{equation} \frac{d\vec{L}}{dt} =\vec{M} \end{equation} que es algo similar a la ecuación de Newton para la fuerza y el momento.

(2) Significa exactamente lo que has escrito, asumiendo que te refieres a lo normal por lo tangencial.

(3) El par te da la derivada temporal del momento angular de un cuerpo. Creo que en física los experimentos son intuiciones, sean o no experimentos mentales, así que no conozco una forma de dar intuiciones sin experimentos

(4) No estoy seguro de la situación a la que te refieres

Answer 2

Si quieres apretar una tuerca en un tornillo, puedes hacerlo con una llave corta y una gran fuerza de tu mano (en el extremo de la llave), o utilizando una llave larga y sólo necesitarás una fuerza menor de tu mano.

Si quieres conducir un tractor por un campo embarrado, puedes aplicar una fuerza muy grande a los dientes de un engranaje pequeño en el eje, o una fuerza menor a los dientes de un engranaje más grande.

Si quieres abrir una puerta, puedes empujar con una fuerza moderada cerca de la manilla, o puedes intentar empujar cerca de la bisagra, pero entonces necesitarás una fuerza mucho mayor.

Finalmente, si a partir de la segunda ley de Newton tenemos $$ {\bf f} = \frac{d {\bf p}}{dt} $$ y definimos la cantidad $$ {\bf L} = {\bf r} \times {\bf p} $$ para una partícula puntual en la posición $\bf r$ con impulso $\bf p$ entonces $$ \frac{d \bf L}{dt} = \frac{d \bf r}{dt} \times {\bf p} + {\bf r} \times \frac{d \bf p}{dt} = {\bf r} \times {\bf f}. $$ Esto es útil porque la suma de $\bf L$ sobre las partes de un sistema aislado no se modifica por la acción de fuerzas internas al sistema (esto se llama conservación del momento angular). Por tanto, el momento angular es una magnitud útil. Cuando actúa una fuerza externa, la tasa de cambio del momento angular viene dada por la ${\bf r} \times {\bf f}$ por lo que esa cantidad también recibe un nombre: par.

Answer 3

• A fuerza puede causar diferentes rotaciones.
• A par de torsión sólo puede causar un rotación.*

Por lo tanto, si te digo un par de torsión que se está aplicando con una llave inglesa, enseguida sabes la rotación resultante que provoca. Si sólo te digo la fuerza, entonces no puedes saberlo todavía. No tienes suficiente información.

Porque además de la fuerza también hay que conocer la ángulo y distancia desde el punto de rotación. Par de apriete se inventa para incluir todo esto en una sola propiedad.

El par es el equivalente rotacional de la fuerza de la misma manera que la aceleración angular es el equivalente rotacional de la aceleración lineal . Se podría decir lo mismo de, por ejemplo, el momento de inercia y la masa. No es necesario que las unidades coincidan para que haya una equivalencia, sólo para que haya una igualdad. Y nadie pretende que sean iguales, sólo que sean equivalentes en un sentido intuitivo.

Esta era una respuesta a su pregunta 1). Hágame saber si esto aclara las dudas iniciales.

---

_{* Asumiendo todo lo demás constante. La rotación podría representarse, por ejemplo, mediante la aceleración angular.}

Answer 4

La mejor definición de par de torsión es el trabajo por unidad de ángulo de rotación (en julios/radianes) que puede realizar una fuerza que actúa de forma que pueda provocar una rotación. Se puede demostrar que esto es coherente con las distintas fórmulas. Para hacer el trabajo, se quiere la componente de la fuerza que en la dirección del movimiento a lo largo de un arco. El trabajo sería esa componente por la longitud de arco R. Multiplica por F y divide por y obtienes = FR.