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Electric Current

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Überblick

Das Kraftmoment ist eine physikalische Eigenschaft von Objekten, die ähnlich dem Drehmoment ist und häufig mit ihm verwechselt wird. Das Kraftmoment ist das Maß der Fähigkeit der Kraft, eine drehende oder verbiegende Bewegung eines Körpers um eine Achse zu erzeugen. Seine Größe ist gleich dem Vektorprodukt eines Vektors der Kraft, die auf ein Objekt wirkt, und des senkrechten Abstands von der Achse zur Aktionslinie der Kraft, die die Drehung verursacht. Drehmoment ist mit dem Konzept des Kraftmoments verwandt und wird auf gleiche Weise gemessen. Aber es wird als Tendenz eines Objekts definiert, sich zu drehen, wenn auf ihm eine Kraft ausgeübt wird. Es wird auch als ein Produkt der Kraft und des Abstands zwischen dem Punkt der Einwirkung und der Drehachse gemessen.

Mit diesem Artikel besprechen wir ausführlich den Unterschied zwischen Kraftmoment und Drehmoment, weisen jedoch darauf hin, dass sich die beiden Begriffe in in den meisten Fällen auf dasselbe Konzept beziehen und synonym verwendet werden. Es bestehen sehr feine Unterschiede in der Nutzung und das sorgt häufig für Verwirrung. Nicht in allen Sprachen werden unterschiedliche Begriffe genutzt. Viele nutzen ein und denselben Begriff. Wir versuchen hier die Nuancen zwischen den zwei Begriffen zu erläutern.

Begriffsnutzung

Wie wir bereits oben erwähnt haben, werden sowohl Kraftmoment als auch Drehmoment zur Beschreibung desselben Phänomens verwendet, aber werden manchmal in unterschiedlichen Zusammenhängen genutzt. In diesem Abschnitt sehen wir uns die Bereiche an, in denen Kraftmoment eher verwendet würde als Drehmoment. Drehmoment wird häufig als Phänomen definiert, das eine Änderung beim Drehimpuls bewirkt. Das Kraftmoment muss diese Änderung nicht bewirken. Das heißt, Drehmoment ist eine bestimmte Instanz des Kraftmoments. Man kann auch sagen, dass ein Drehmoment ein Kraftmoment, aber ein Kraftmoment nicht unbedingt ein Drehmoment ist.

Nachfolgend betrachten wir einige Beispiele für dieses Konzept. Wir weisen noch einmal darauf hin, dass der Unterschied zwischen Kraftmoment und Drehmoment für einige Bereiche gilt, die Begriffe in anderen Situationen jedoch austauschbar verwendet werden.

Um zu verstehen, was ein Kraftmoment ist, müssen wir verstehen, was ein Moment in der Physik im Allgemeinen ist. Ein Moment gibt die Größe an, mit der eine bestimmte Kraft von einem bestimmten Abstand aus auf ein Objekt wirkt. Diese Größe hängt sowohl von der Größe der tatsächlichen auf das Objekt wirkenden Kraft und vom Abstand des Punkts der Krafteinwirkung zu einem bestimmten Punkt des Objekts ab. Nach bereits erwähnter Definition ist dieser Punkt für das Kraftmoment auf der Drehachse.

Ein Kraftmoment ist proportional zur Kraft und zum Radius. Das heißt: Wenn eine bestimmte Kraft von einem bestimmten Abstand zur Drehachse auf ein Objekt wirkt, wird die Größe dieser Kraft durch den Radius vergrößert und die Wirkung der Kraft auf das Objekt ist größer als die tatsächliche Größe der Kraft selbst. Dieses Prinzip findet praktische Anwendung in Hebel-, Getriebe- und Flaschenzugsystemen. Wenn man das Kraftmoment in diesem Zusammenhang betrachtet, betrachtet man beispielsweise die Einwirkung von Kraft auf den Hebelarm. Beispiele, wie Hebel funktionieren, finden Sie in dem Artikel zu Drehmoment.

Drehmoment und Kraftmoment werden manchmal auch auf andere Weise unterschieden. Drehmoment bezieht sich manchmal auf das Moment eines „Kräftepaars“. Hier ist ein Kräftepaar gleich zwei Kräften der gleichen Größe, die in entgegen gesetzte Richtung wirken und die bewirken, dass sich ein Objekt dreht. Die Summe dieser Vektoren beträgt null. Das Kraftmoment ist daher ein allgemeinerer Begriff und Drehmoment eine bestimmte Instanz.

In einigen Bereichen wird Drehmoment verwendet, wenn das Objekt sich bewegt oder dreht, während Kraftmoment verwendet wird, wenn die Bewegung nicht auftritt, beispielsweise bei Stützbalken und anderen strukturellen Elementen. Bei diesen Systemen können die Kanten des Balkens oder der Struktur fest oder drehbar sein. Im letzteren Fall wird gesagt, dass die Balken lediglich gestützt sind. Wenn eine Kraft auf den Balken wirkt, beispielsweise senkrecht zu seiner Oberfläche, erzeugt dies ein Kraftmoment. Wenn die Bewegung des Balkens nicht eingeschränkt ist, wird er sich frei drehen. Ist seine Bewegung eingeschränkt, wird ein internes Moment erzeugt, um dem Kraftmoment entgegenzuwirken. Das führt zu einer Verformung des Körpers. Dieses interne Moment, das dem Kraftmoment entgegenwirkt, wird Biegemoment genannt. Wie man an diesem Beispiel sehen kann, ist Kraftmoment nicht das Gleiche wie Drehmoment, da es keine Änderung des Drehimpulses verursacht. Dieses Fehlen der Änderung des Drehimpulses beruht auf dem internen Entgegenwirken des Körpers auf die externen Kräfte.

Beispiele für das Kraftmoment

Das Kraftmoment gekoppelt mit dem Biegemoment ist ein Beispiel für das Kraftmoment im praktischen Leben. Das Kraftmoment ist ein nützliches Konzept in der Konstruktion und Bauwesen: Die Kenntnis über das Kraftmoment, das sich auf ein strukturelles Element auswirkt, ermöglicht, festzustellen, welchen Belastungen ein System widerstehen muss. Diese Belastungen umfassen Spannungen innerhalb der Struktur selbst, beispielsweise durch ihr eigenes Gewicht, als auch durch externe Elemente wie Wind, Schnee, Regen, im Gebäude gelagerte Gegenstände wie Möbel und die Menschen, die das Gebäude betreten. Im Bauwesen werden die Lasten, die Menschen und Gegenstände im Gebäude umfassen, Nutzlast (oder Verkehrslast) genannt, während die Last durch das Gewicht der Struktur Eigenlast genannt wird.

Wird auf einen Balken oder ein anderes strukturelles Element eine Kraft angesetzt, wirkt ein Biegemoment darauf ein und drückt einige Teile des Balkens zusammen, während andere Teile gedehnt werden. Beispielsweise bei einem Balken, auf dem eine Kraft nach unten wirkt und etwa um die Mitte des Balkens angesetzt wird: Aufgrund dieser Kraft nimmt der Balken eine „Smiley“-Form an. Der obere Teil wird komprimiert, insbesondere um die Mitte herum, wo die Kraft einwirkt. Der untere Teil, insbesondere beim Zentrum, wird gedehnt. Wenn das Moment zu groß ist und das Material die Einwirkung nicht aushält, bricht der Balken.

Die größte Last liegt auf der äußersten oberen und auf der äußersten unteren Ebene, daher werden im Bauwesen diese Bereiche häufig verstärkt. Ein gutes Beispiel ist ein I-Träger. Sein Querschnitt zeigt den Großbuchstaben „I“ mit Serifen oben und unten. Manchmal gleicht er eher dem Großbuchstaben „H“. Es handelt sich um ein sehr effizientes Design, da die Bereiche mit der größten Lastaufnahme verstärkt sind, aber der Materialverbrauch auf ein Minimum beschränkt ist. Häufig werden I-Träger aus Stahl hergestellt, aber es ist auch möglich, andere Materialien zu verwenden, um starke Balken zu produzieren, die großen Kräften widerstehen. Auf YouTube können Sie Beispiele zu Experimenten finden, die die Stärke von I-Trägern aus Materialien testen, die weniger langlebig wie Stahl sind, darunter Sperrholz und Styropor.

I-Träger sind eine beliebte Wahl, wenn sich ein Biegemoment auf die Struktur auswirkt. Sie sind auch nützlich, wenn einer Scherspannung begegnet werden muss. Dies ist eine Last, die sich parallel zur Oberfläche der Struktur auswirkt. Der Körperbereich, der „Netz“ genannt wird, muss die Scherspannung aushalten. I-Träger sind jedoch nicht dazu gedacht, Torsionsspannung zu widerstehen. Torsionsspannung wird durch eine Verwindungsbewegung erzeugt. Um diese auf ein Minimum zu beschränken, werden runde und hohle Strukturen mit größerem Durchmesser gebaut, wodurch ihr Gewicht gemindert werden kann. Ihre Oberflächen werden poliert, um sicherzustellen, dass es keine Bereiche mit konzentrierter Spannung gibt.

Fazit

Bei diesem Artikel haben wir den Unterschied zwischen Drehmoment und Kraftmoment im betrachtet und uns einige Beispiele zu Kraftmoment angesehen. Wir haben hautsächlich die negativen Aspekte des Kraftmoments berücksichtigt, aber es gibt viele Situationen, in denen das Kraftmoment nützlich ist. Der Artikel zum Drehmoment berücksichtigt diese Beispiele detaillierter. Der Unterschied bei den hier besprochenen Begriffen ist hauptsächlich für den Bereich des Ingenieurswesens in Großbritannien und den USA relevant. In der britischen und amerikanischen Physik werden die Begriffe Drehmoment und Kraftmoment jedoch im Allgemeinen austauschbar verwendet.

Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Kateryna Yuri verfasst.

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Kraftmoment

Kraftmoment oder Drehmoment (häufig auch nur Moment) ist die Tendenz einer Kraft, ein Objekt zu verbiegen oder zu drehen. Ein Moment ist das Produkt der Kraft und des Hebelarms. Der Hebelarm ist die senkrechte Strecke vom Drehpunkt zur Aktionslinie der Kraft. Das Moment kann als Maß der Tendenz einer Kraft gesehen werden, eine Drehung durch einen Punkt um eine imaginäre Achse zu bewirken.

Im internationalen System der Einheiten (Système International d’Unités, SI) lautet die Einheit für Kraft- bzw. Drehmoment Newtonmeter (N·m). Ein Newtonmeter entspricht dem Drehmoment einer Kraft von einem Newton, die senkrecht auf einen ein Meter langen Hebelarm wirkt. Im CGS wird das Kraftmoment in Gram-force-Zentimeter (gf·cm) gemessen.

Den Umrechner für Kraftmoment nutzen:

Dieses Online-Tool zur Umrechnung von Einheiten ermöglicht die schnelle und genaue Umrechnung vieler Messeinheiten von einem System zu einem anderen. Die Seite für die Einheitenumrechnung ist eine Lösung für Techniker, Übersetzer und alle, die mit Mengen arbeiten, die in unterschiedlichen Einheiten angegeben werden können.

Sie können dieses Online-Tool zur Umrechnung verwenden, um zwischen mehreren Hundert Einheiten (einschließlich metrischer, britischer und amerikanischer) in 76 Kategorien oder mehreren Tausend Paaren umzurechnen. Beispiele der Kategorien sind Beschleunigung, Fläche, Elektrizität, Energie, Kraft, Länge, Licht, Masse, Massenfluss, Dichte, spezifisches Volumen, Leistung, Druck, Belastung, Temperatur, Zeit, Drehkraft, Geschwindigkeit, Viskosität, Volumen und Kapazität und Volumenstrom.
Hinweis: Ganzzahlen (Zahlen ohne Dezimalzeichen oder Exponentennotation) werden bis zu 15 Ziffern als genau erachtet. Die maximale Anzahl Ziffern nach dem Dezimalzeichen ist 10 Ziffern.

Bei diesem Umrechner wird die E-Notation verwendet, um Zahlen darzustellen, die zu klein oder zu groß sind. Die E-Notation ist ein alternatives Format der wissenschaftlichen Notation a · 10^x. Zum Beispiel: 1.103.000 = 1,103 · 10⁶ = 1,103E+6. Hier stellt E (gleich Exponent) “· 10^” dar, das heißt “multipliziert mit zehn potenziert mit”. Die E-Notation wird häufig bei Taschenrechnern und von Wissenschaftlern, Mathematikern und Ingenieuren verwendet.

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