What is Torque? | Physics | Extraclass.com
Summary
TLDREn este video se aborda la importancia de entender la puerta no solo como un objeto rectangular de madera, sino como un objeto rotativo que gira alrededor de un eje fijo. Se profundiza en el concepto de torque, que es la fuerza que causa la rotación de un objeto sobre un eje. Se explica que el torque es el producto vectorial de la posición vectorial y la fuerza, y que su dirección se determina mediante la regla de la mano derecha. A continuación, se presenta un ejemplo práctico que involucra un palo de madera uniforme sobre una pared y el suelo, para ilustrar cómo el torque y las fuerzas en equilibrio afectan la posición y el movimiento del palo. El video concluye con una solución a un problema específico de la JEE Advanced 2016, proporcionando una visión detallada de cómo se aplican los conceptos de torque y equilibrio para resolver problemas físicos complejos. Se anima a los espectadores a interactuar y suscribirse para recibir más contenido educativo y divertido.
Takeaways
- 🚪 Una puerta no es solo una pieza de madera rectangular, sino un objeto rotativo que gira alrededor de un eje fijo.
- 🔄 La apertura de una puerta implica una rotación que requiere de fuerza y distancia desde el eje de rotación, conocida como torque.
- ⚙️ El torque es la fuerza que causa la rotación de un objeto alrededor de un eje y se denota con el símbolo griego tau (τ).
- 📐 El torque es el producto vectorial de la posición del vector y la fuerza, perpendicular a ambos.
- ➡️ La dirección del torque se determina con la regla de la derecha: si los dedos de la mano derecha se colocan a lo largo del vector de posición y se cierran hacia el vector de fuerza, la dirección del pulgar indica la dirección del torque.
- 🌐 El torque actúa sobre un objeto para causar su movimiento de rotación alrededor de uno o más ejes que pasan por su centro de masa.
- 📚 Se utiliza el ejemplo de un palo uniforme inclinado contra una pared para ilustrar el concepto del torque.
- 🧮 En el ejemplo del palo, se aplica el análisis de equilibrio vertical y horizontal para encontrar las fuerzas involucradas.
- 🤚 La fuerza de fricción en el fondo del palo es crucial para mantener el equilibrio y se calcula a partir de las fuerzas normales y la gravedad.
- ⚖️ El torque neto alrededor del centro de masa del palo es cero cuando el palo está en equilibrio.
- 📐 La relación entre la altura de la pared (H) y la longitud del palo (L) se determina a partir del análisis del torque y las fuerzas aplicadas.
- 🏆 El análisis detallado del torque y el equilibrio en el ejemplo del palo resulta en la solución correcta para el problema propuesto.
Q & A
¿Qué es un stork en el contexto de la puerta?
-En el contexto de la puerta, un stork no se refiere a un ave sino que es una metáfora para describir la puerta como un objeto que gira en torno a un eje fijo, el gozne.
¿Cómo se relaciona la fuerza de empuje o tirón con la rotación de una puerta?
-La fuerza de empuje o tirón se relaciona con la rotación de una puerta a través de un concepto denominado par, que es la fuerza aplicada a una distancia desde el eje de rotación, lo que permite girar la puerta.
¿Qué es el par en física y cómo se define matemáticamente?
-El par es la cantidad de momento rotativo que una fuerza aplica sobre un objeto. Matemáticamente, se define como el producto vectorial de la posición del punto de aplicación de la fuerza y la fuerza misma.
¿Cómo se determina la dirección del par usando la regla de la mano derecha?
-Para aplicar la regla de la mano derecha, se coloca el pulgar de la mano derecha en la dirección del vector de posición y se cierran los dedos hacia la dirección del vector de fuerza; la dirección que señala el pulgar indica la dirección del par.
¿Cómo se relaciona la masa de un palo y su longitud con la fuerza de fricción en el ejemplo proporcionado?
-La masa del palo y su longitud afectan la distancia desde el eje de rotación hasta el punto de aplicación de la fuerza, lo que a su vez influye en el par generado y, por lo tanto, en la fuerza de fricción requerida para mantener el palo en equilibrio.
¿Por qué la fuerza de fricción es importante en el ejemplo del palo inclinado?
-La fuerza de fricción es importante porque evita que el palo se deslice en el suelo y caiga, manteniendo así el equilibrio del palo en su posición inclinada.
¿Cómo se calcula la fuerza de fricción en el ejemplo del palo?
-Se utiliza la ecuación de equilibrio horizontal, donde la fuerza de fricción es igual a la componente horizontal de la fuerza de reacción de la pared sobre el palo multiplicada por el coseno del ángulo formado entre el palo y la pared.
¿Qué es la condición de equilibrio para el palo inclinado en el ejemplo?
-La condición de equilibrio para el palo inclinado es que la suma del par generado en torno al eje de rotación es cero, lo que significa que todas las fuerzas y pares en equilibrio se cancelan entre sí.
¿Cómo se relaciona la altura de la pared (H) con la longitud del palo (L) en el ejemplo?
-La relación entre la altura de la pared (H) y la longitud del palo (L) se determina a partir de la fuerza normal y la fuerza de fricción, y se encuentra que H/L es igual a 3√3/16.
¿Por qué es importante considerar la rotación de una puerta como un objeto en lugar de simplemente una pieza rectangular de madera?
-Es importante porque la comprensión de la puerta como un objeto rotativo permite entender mejor cómo la fuerza se aplica y cómo el par afecta su movimiento, lo que es crucial para la ingeniería y la física de los movimientos rotativos.
¿Cómo se describe la dirección del par en términos de vectores?
-La dirección del par se describe como un vector perpendicular a ambos el vector de posición y el vector de fuerza, y se encuentra en el plano que contiene estos dos vectores.
¿Cuál es el símbolo griego que representa el par?
-El símbolo griego que representa el par es tau (τ).
¿Cómo se relaciona la fuerza de gravedad con el par en el ejemplo del palo?
-La fuerza de gravedad actúa en la masa del palo y, al aplicarse en un punto específico, junto con la distancia desde el eje de rotación, genera un par que contribuye a la rotación potencial del palo.
Outlines
🚪 La puerta como objeto rotativo y concepto de par traccional
En el primer párrafo, se aborda la comprensión de una puerta no como un simple bloque de madera rectangular sino como un objeto rotativo que gira en torno a un eje fijo, el gozne. Se destaca la importancia de la fuerza (empuje o tirón) y la distancia desde el eje hasta el punto de aplicación de esta fuerza, conocida como par traccional o torque, que es la fuerza equivalente a la rotación y se denota con el símbolo tau en griego. Se describe el cálculo del torque como el producto vectorial de los vectores de posición y fuerza, y se menciona la regla de la mano derecha para determinar su dirección. Se profundiza con un ejemplo práctico de un palo de madera uniforme inclinado sobre una pared y en contacto con el suelo, donde se analizan las fuerzas en juego y se resuelve un problema de equilibrio estático para encontrar la relación entre la altura de la pared y la longitud del palo, así como el cálculo de la fuerza de fricción.
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Mindmap
Keywords
💡stork
💡rotating object
💡torque
💡kinematics
💡force
💡hinge
💡position vector
💡right-hand thumb rule
💡uniform wooden stick
💡frictional force
💡equilibrium
Highlights
A door should be viewed as a rotating object about a fixed axis hinged at one of its sides to understand how it operates.
The force applied to a door (push or pull) is represented by the term 'force' in kinematics.
Torque, the rotational equivalent of force, is created by the twisting action when force is applied at a distance from the axis.
Torque is a vector that is perpendicular to both the position vector and the force vector.
The direction of torque is determined by the right-hand thumb rule, which aligns the fingers with the position vector and points the thumb towards the force vector.
An example is given using a uniform wooden stick to illustrate the concept of torque.
The stick's reaction force from the wall is equal in magnitude to the reaction force on the floor.
The stick makes a 30-degree angle with the wall, and its bottom is on a rough floor.
The vertical and horizontal components of the reaction force are calculated using trigonometric functions.
Vertical equilibrium is used to find the normal reaction force, which is equal to 2mg/3.
Horizontal equilibrium helps determine the frictional force, which is calculated to be 16√3/3 Newton.
Since the rod is in equilibrium, the net torque about a point A is zero.
The ratio H/L is derived from the torque equation, which is 3√3/16.
The correct answer to the problem, based on the calculations, is option D.
The explanation is from the JEE Advanced 2016 exam, showcasing a practical application of torque in a physics problem.
The importance of understanding torque in everyday objects, such as doors, is emphasized for a deeper comprehension of physics concepts.
The right-hand rule is a fundamental concept for visualizing the direction of torque in physics.
The video encourages viewers to like, share, comment, and subscribe for more educational content.
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Transcripts
what is stork when we look at a door we
should not look at it as a rectangular
wooden piece if that was true
we will not be able to open it we must
look at it as a rotating object which is
rotating about a fixed axis hinged at
one of its sides for entering a room we
first have to rotate the donor and then
you either push the door or pull it
depending on the type of the hinge if
you remember what we learnt in
kinematics the word push or pole
represents force we are applying the
force on the handle of the door in order
to rotate the door but in this case the
force alone is not responsible for this
rotation there is something else in
action here it is the distance from the
axis to the point at which we apply the
force this combination is known as
torque
as push or pull denotes pores twisting
creates torque which is rotational
equivalent of force torque causes facial
motion of that object about one or more
axes that pass through its center of
mass that is denoted by the Greek symbol
tau mathematically talk about a point is
defined as the vector product of
position vector and the force torque is
a vector which is perpendicular to both
the position vector and the force vector
as a result the torque of a vector
perpendicular to the plane defined by
position vector and force the direction
of torque is given by the right-hand
thumb rule to apply the right-hand rule
put the fingers of right hand along the
position vector and bend them towards
force vector the direction of thumb will
give the direction of torque let's take
an example to understand this concept
better question a uniform wooden stick
of Mars 1.6 kg and length L rests in an
inclined manner on a smooth vertical
wall of height H greater than L such
that a small portion of the stick
extends beyond the wall the reaction
force of the wall on the stick is
perpendicular to the stick the stick
makes an angle of 30 degrees with the
wall and the bottom of the stick is on a
rough floor
the reaction of the wall on the stick is
equal in magnitude to reaction of floor
of the stick the ratio H by L and the
frictional force F at the bottom of the
stick our acceleration due to gravity is
equal to 10 meter per second square
the options are this question was asked
in je advanced 2016 exam solution we are
given a stick of mass equal to 1.6 kg
the reaction force of the wall on stick
is equal in magnitude to the reaction
force on floor frictional force F is
acting at the bottom of the stick weight
mg is acting downwards if the angle
between the stick and the wall is 30
degree then the angle will also be 30
degree now vertical component of
reaction force n sine 30 degree will act
in y axis and horizontal component and
cos 30 degrees will be in minus x axis
by a vertical equilibrium n plus and
sine 30 degree equal to mg this implies
normal reaction equal to 2 mg by 3 by
horizontal equilibrium frictional force
equal to n cos 30 degree this implies
frictional force equal to 2 mg by 3 into
root 3 by 2 on substituting the value of
mass and gravity may get frictional
force equal to 16 root 3 by 3 Newton
since rod is an equilibrium therefore
net torque about a is zero
writing torque about a we get mg into L
by 2 cos 60 degree equal to normal force
into H by cos 30 degree H by cos 30 is
the distance from a to the normal force
on the stick on substituting the values
of a normal force and cos 30 we get
ratio H by L equal to 3 root 3 by 16
hence option D is correct
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