Laboratorio de Torque y Llave

El Laboratorio de Torque y Llave es una simulación interactiva de mecánica rotacional en 3D que visualiza tanto la magnitud escalar tau = r F sin theta como el producto vectorial 3D según la regla de la mano derecha tau = r x F. Una llave de acero sujeta un perno hexagonal sobre un banco de trabajo mientras los estudiantes arrastran el agarre de fuerza a lo largo del mango (r de 0.15 m a 0.65 m) y varían el ángulo de tracción theta (de 15 a 165 grados). Flechas 3D codificadas por colores muestran el vector del brazo de palanca r a lo largo de la llave, el vector de la fuerza aplicada F, el brazo de momento perpendicular amarillo r_perp = r sin theta y el vector de torque verde vertical que se eleva a lo largo del eje del perno. Una vez que tau supera el umbral de fricción de destrabe, el perno se suelta y gira.

• Arrastra la empuñadura naranja hacia afuera desde r = 0.20 m hasta r = 0.60 m y observa cómo crece la flecha verde vertical de Torque tau = r x F hasta que el perno atascado se destraba y gira.
• Varía el Ángulo de tracción theta de 30 grados a 90 grados y luego a 150 grados, observando cómo el brazo de momento amarillo r sin theta alcanza su máximo cuando tiras perpendicularmente a la llave.
• Haz clic en el botón Ajustar theta = 90 grados o haz clic en el perno hexagonal para alinear la fuerza perpendicularmente al brazo de palanca y comparar el torque con el de una tracción oblicua.
• Cambia a la vista de cámara Plano superior (r x F) para inspeccionar el triángulo rectángulo geométrico formado por el brazo de palanca r, la línea de acción de F y el brazo de momento perpendicular r sin theta.
• Aumenta la Fricción de destrabe del perno a 85 N·m y encuentra la combinación mínima de brazo de palanca r y fuerza F necesaria para aflojar el perno.

1. 1Calcular la magnitud del torque usando tau = r F sin theta e identificar el brazo de momento perpendicular r_perp = r sin theta.
2. 2Usar la regla de la mano derecha en 3D para determinar la dirección axial del vector de torque tau = r x F.
3. 3Explicar por qué tirar a 90 grados respecto al mango de una llave produce el torque máximo mientras que tirar a lo largo del mango (0 o 180 grados) produce un torque nulo.
4. 4Predecir si un torque aplicado superará un umbral de fricción estática y producirá aceleración angular.

Preguntas frecuentes de los docentes