Els moments de força, també coneguts com a torcs, són un concepte fonamental en física que fa referència a la capacitat d'una força per produir rotació al voltant d'un punt o eix fix.
És a dir, els moments de força expliquen com una força pot fer que un objecte giri en comptes de moure's en línia recta.
Ara aprofundirem una mica més en el tema amb alguns exemples quotidians que tots hem experimentat en algun moment.
1. Obrir una porta
Pensa en l'últim cop que vas obrir una porta empenyent-la. Si empenyes a prop de les frontisses, on la porta es connecta amb el marc, necessites aplicar molta més força per moure-la.
En canvi, si empenyes o jales des de l'extrem oposat, on normalment hi ha la maneta, se sent molt més fàcil.
Per què?
Aquí entra en joc el concepte de moment de força. El moment és el producte de la força que apliques i la distància des del punt de gir (en aquest cas, les frontisses de la porta). En aplicar la força lluny de les frontisses, augmentem aquesta distància i, com a resultat, el moment també augmenta.
Això vol dir que amb la mateixa quantitat de força, aconseguim un major efecte en obrir la porta. És per això que les manetes es col·loquen lluny de les frontisses, per fer que l'acció d'obrir i tancar sigui més senzilla.
2. Premeu cargols amb una clau
Quan fem servir una clau per prémer un cargol, apliquem un moment de força.
Quan girem la clau, estem generant una força de rotació al voltant de l'eix del cargol. La longitud de la clau és essencial aquí.
Com més llarga sigui, menys força necessitem aplicar per girar el cargol.
Imagina que intentes prémer un cargol molt dur. Si tens una clau petita, cal aplicar molta força. Tot i això, si uses una clau més llarga, el moment augmenta perquè la distància entre la força que apliques i l'eix del cargol també augmenta. Com a resultat, prémer el cargol es torna més fàcil.
En altres paraules, en fer més llarga la palanca (la clau), podem fer que la tasca requereixi menys esforç físic.
3. El volant d´un automòbil
Quan fem servir un automòbil i girem el volant, estem aplicant un moment sobre l'eix de direcció.
Heu notat que el volant té un diàmetre considerable? Això no és casualitat. Com més lluny sigui la nostra mà de l'eix de direcció, més fàcil serà aplicar un moment i girar el volant.
Imagina intentar girar el volant des del mateix centre: caldria molta força. En tenir el cèrcol del volant a certa distància de l'eix, fem servir el principi de moment per aconseguir una direcció sense esforç excessiu.
4. El gronxador: aplicant moments per balancejar-nos
Tots hem gaudit d'un gronxador en algun moment, i quan ho fem estem generant un moment al voltant dels ganxos que subjecten el gronxador a l'estructura.
Quan t'empenyes cap endavant i cap enrere, estàs canviant l'angle i l'amplitud del moment que apliques, cosa que permet controlar la velocitat i alçada del balanceig.
De fet, fins i tot els nens s'adonen intuïtivament que si s'inclinen cap endavant o cap enrere en el moment just, poden augmentar l'amplitud del balanceig.
Aquesta acció genera un moment que manté el moviment pendular i permet que el gronxador pugi i baixi cada vegada amb més impuls.
5. Pedalejar amb bicicleta
Quan pedaleges en una bicicleta, també estàs aplicant moments de força. En empènyer els pedals cap avall, generes un moment respecte a l'eix de rotació de la bicicleta, que és al centre del plat.
La força que apliques al pedal es multiplica per la distància des del centre del plat, generant un moment que ajuda a impulsar la bicicleta cap endavant.
A més, la mida del plat, que és la distància del centre de l'eix on les dents de la cadena s'enganxen, influeix en el moment que transmets. Com més gran sigui el plat, més força es pot transmetre a la cadena ia les rodes, cosa que fa que pedalar en certs terrenys sigui més eficient.
6. La palanca
La palanca és un dels exemples més clars de lús del moment de força.
Pensa en una situació en què necessitis aixecar una pedra pesada del terra. Si intentes aixecar-la directament, podria ser impossible. Però si uses una barra llarga com a palanca i col·loques una pedra més petita com a punt de suport (o fulcre) prop de la pedra que desitges aixecar, podries moure-la amb relativa facilitat.
Això passa perquè la palanca ens permet aplicar una força en un extrem, que es converteix en un moment respecte al fulcre, fent possible aixecar l'objecte a l'altre extrem. Com més llarga sigui la barra que facis servir, menys força necessitaràs, ja que el moment serà més gran.
Aquest mateix principi és el que fa que un carretó, amb el mànec llarg i punt de suport prop de la càrrega, sigui tan efectiu per moure objectes pesants.
7. La corriola
Una altra màquina simple que utilitza moments de força és la corriola.
Una corriola és una roda amb una corda o cable que la travessa. En estirar un extrem de la corda, apliques una força d'entrada, generant un moment al voltant de l'eix de la corriola. Aquest moment facilita l'aixecament de càrregues a l'altre extrem.
Les politges poden usar-se en combinació, com en un sistema de politges compost, per reduir encara més la quantitat de força necessària. En augmentar el nombre de politges, incrementem la distància efectiva en què s'aplica la força i, per tant, el moment.
Això permet que amb una força mínima puguem aixecar objectes pesants, com passa en els sistemes de politges de les grues o d'ascensors com seria el cas de la politja de la imatge.
8. Les turbines de vapor
Les turbines de vapor són un exemple industrial de l‟aplicació de moments de força.
En una central nuclear, el vapor generat per l'energia tèrmica es dirigeix cap a les aspes d'una turbina aplicant una força tangencial a la roda.
Aquesta força és perpendicular a l'eix de la turbina i genera un moment que fa girar les aspes i, en conseqüència, l'eix de la turbina.
Aquest moviment rotacional es transmet a un generador que converteix l'energia mecànica en energia elèctrica. Aquí, el moment de força generat pel vapor és fonamental per produir el moviment circular que dóna lloc a lelectricitat.
Aquest exemple també es pot traslladar a qualsevol altra turbina, com seria el cas dels aerogeneradors a un parc eòlic.