Budeme uvažovat těleso otáčivé kolem nehybné osy, tj. kolem osy, jejíž poloha ani směr se nemění. Např. ventilátor, dveře od místnosti. Chceme–li těleso otáčivé kolem nehybné osy roztočit, musíme na ně působit silou. Otáčivý účinek síly však závisí nejen na velikosti síly, ale i na poloze jejího působiště a na jejím směru vzhledem k ose otáčení. Tuto skutečnost si můžeme velmi snadno ověřit např. na pootevřených dveřích. Snadno zjistíme, že otevřít dveře blíž k pantům je dalkeo obtížnější než v místě, kde je klika (dál od pantů – osy otáčení).
Otáčivé účinky síly.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Fyzikální veličina vyjadřující otáčivý účinek síly se nazývá moment síly vzhledem k ose otáčení. Poprvé se tento pojem vyskytuje u Herona, Simona Stevina nebo Christiana Huygense. Působí–li na těleso síla F, kolmá k ose otáčení, je velikost momentu síly M rovna součinu velikosti síly F a kolmé vzdálenosti r přímky, na níž leží síla, od osy otáčení o.
Vzdálenost r se nazývá rameno síly a je to nejkratší kolmá vzdálenost. Jestliže působíme přímo v bodě otáčení, tj. rameno síly je nulové, pak i otáčivý účinek na těleso je nulový. Jednotkou momentu síly je newton metr (N m). Moment síly je vektorová veličina. Jeho směr určíme podle pravidla pravé ruky: položíme–li pravou ruku na těleso tak, aby prsty ukazovaly smysl otáčení tělesa způsobeného silou, pak vztyčený palec ukazuje směr momentu síly.
Na těleso otáčivé kolem nehybné osy může působit více sil. Jejich výsledný otáčivý účinek je dán výsledným momentem, který je vektorovým součtem jednotlivých momentů sil
Momentová rovnováha nastane, když se součet momentů všech sil, které na těleso působí ve stejné rovině, rovná nule, tj.
Toto pravidlo se nazývá momentová věta.
Zvláštním případem výpočtu momentu sil, je u rovnoběžných sil opačného směru, tzv. dvojice sil. Jsou to dvě stejně veliké rovnoběžné síly, které působí opačným směrem ve dvou různých bodech tuhého tělesa otáčivého kolem nehybné osy.
Moment dvojice sil.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Oba momenty směřují kolmo k oběma silám, mají tedy stejný směr, a proto je můžeme sečíst
kde d je vzdálenost bodů. Moment dvojice sil se značí D a vypočítáme ho jako
S dvojicí sil se setkáváme vždy, když je tuhé těleso uváděno do otáčivého pohybu. Dvojice sil působí např. při utahování šroubů, řezání závitu, při otáčení volantem. Otáčí–li řidič volantem oběma rukama, působí obě síly na obvodu volantu. Dvojice sil působí i v případě, že řidič otáčí volantem jen jednou rukou. Ruka spolu s volantem působí silou na pevný čep volantu. Reakcí k této síle je stejně velká síla opačného směru, kterou působí čep na volant. Na volant tedy působí dvojice sil: jednou silou působí řidič na obvodu volantu, druhou čep ve středu volantu. Při stejně velkých silách je však moment dvojice sil, a tedy její účinek na volant poloviční.
