物体的转动中心叫做矩心。矩心到力的作用线的垂直距离叫做
力臂。力与力臂的乘积叫做
力矩。通常规定以使物体作逆时针转动的力矩为正,以使物体作顺时针转动的力矩为负。在
国际单位制中,力矩的单位是牛顿·米,用符号N·m表示。
力矩(moment of force)是力学的基本概念之一,是力使物体绕一点或一轴转动的状态发生改变的作用的度量,称该点为矩心,该轴为矩轴。力对点的矩可表示为向量,它等于由矩心到力作用点所确定的向量和力向量的
向量积,如图1,
其大小为 ,式中 是 到 的距离,称为力臂。该力矩的方向是由 到 再到 ,符合
右手螺旋法则。力对轴的矩是代数量,把力分解为平行和垂直于轴的两个分量,垂直分量的大小乘以它与轴的距离即力矩大小,若垂直分量绕轴的转向相对轴向符合右手螺旋法则,取正号,反之取负号;如图2,力 相对z轴的垂直分量为 ,它到z的距离为h,力对z轴的矩为 ,若取 坐标系,令 为坐标轴上的单位向量,点A的坐标为 ,设 ,则
正好等于 的垂直分量对z轴的力矩,亦即F对z轴的力矩 ,对其他轴亦有类似情形,故力对某轴上任一点的力矩在该轴的
投影,就等于力对这个轴的力矩。力矩的单位在
国际单位制中为 ,在工程单位制中为 。
【例1】图3的杆AB,长度为L,自重不计,A端为固定铰链支座,杆的中点C悬挂一重量为G的物体,B端支靠于光滑的墙上,其约束反力为N,杆与铅直墙面的夹角为 ,试分别求G和N对铰链中心A点的力矩。