Il momento torcente (o momento di una forza)

Alla base di tutte le applicazioni di avvitamento di cui ci occupiamo ci sono concetti di fisica di base, analizziamo sia matematicamente che nella pratica come si calcola e come si misura il momento torcente, anche detto momento di una forza.

Momento torcente e rotazione

Quando il corpo non può essere considerato puntiforme, due o più forze possono non essere applicate nello stesso punto (per esempio, un punto vincolato in un punto O è sollecitato da due  forze : il peso, applicato nel baricentro G e la reazione del vincolo, applicato in O). Se il peso non è eccessivo per l'elasticitò del vincolo, si tratta di due forze aventi la stessa direzione e la stessa intensità, ma di verso oposto e sappiamo che la loro risultante è nulla solo quando le due forze sono opposte, cioè condividono la stessa retta d'azione.

In caso contrario, se le due forze hanno la stessa intensità e rette d'azione parallele, ma non coincidenti, esse formano una coppia di forze.

Se tentiamo di comporre le due forze di una coppia come due qualsiasi forze parallele, troviamo che questo non è possibile neppure con l'artificio usato precedentemente. In questo caso, infatti, come potrete facilmente verificare, non si ha nel corpo nessun effetto di traslazione, ma si ha una rotazione.
Questo dipende evidentemente, oltre che dalle forze, anche dalla distanza dalle loro rette d'azione (questa distanza è detta braccio della coppia); infatti cessa quando tale distanza si annulla.

Quanto detto vale sia quando la coppia è formata da una forza esterna e da una reazione vincolante, sia quando è formata da due forze esterne.

olendo valutare quantitativamente la rotazione provocata da una coppia di forze, possiamo utilizzare un vettore, detto momento della coppia.
Esso ha:

• per direzione l'asse di rotazione attorno al quale vediamo ruotare il corpo, quindi la direzione è perpendicolare al paino in cui giace la coppia di forze;
• verso corrispondente a quello di avanzamento di una vite avente lo stesso verso di rotazione;
• intensità uguale al prodotto della intensità di ciascuna forza per la distanza tra le due rette d'azione (braccio):

M = F x b

Dove M è il momento torcente, F la forza applicata e b il braccio.

Come già accennato in precedenza la forza F da considerare è solo la componente perpendicolare al braccio, quindi nel caso in cui il braccio e la forza F abbiano un angolo diverso da 90° bisognerà utilizzare la seguente formula:

M = F sin(α) x b

Dove α è l'angolo tra F e b.

Poiché la forza si misura in Newton e il braccio in metri, l'unità di misura del momento di una coppia  (o momento torcente) è il Newton metro.

Mentre il corpo ruota, le forze mantengono costanti direzioni e verso, ma le rette d'azione si avvicinano l'una all'altra; quando esse coincidono, il braccio è nullo, quindi anche il momento si annullae la rotazione cessa. Si può impedire del tutto la rotazione solo applicando al corpo un'altra coppia di forze aventi momento opposto.

Torsiometro per la misura del momento torcente statico

Attraverso l'utilizzo di questo accurato strumento è possibile, con un pò di fantasia, misurare il momento torcente di molte applicazioni. Ovviamente, come è facile intuire, l'utilizzo principale di questo torsiomentro digitale è quello di misurare la coppia di serraggio di un bullone che si sta avvitando, vediamo però cosa è possibile fare grazie a questo strumento e alla nostra fantasia.

Una delle applicazioni è quella di verificare la coppia di un bullone già avvitato, è possibile eseguire questa prova impostando lo strumento sulla misura del picco di coppia (registra la coppia massima misurata), successivamente si andrà a svitare leggermente il dado, la coppia rilevata sarà quella necessaria per svitare la giunzione bullonata.

Un'altra applicazione molto interessante e utile prevede la misura del momento torcente necessario per rompere un provino campione. Questo dato restituisce utili indicazioni sul comportamento di un materiale sottoposto a una forza torcente. La procedura è molto simile a quella dell'applicazione precedente, si imposta quindi lo strumento su "Picco" per memorizzare la coppia torcente massima rilevata durante la torsione/rottura.

Questi strumenti generalmente dispongono anche di led luminoso e buzzer acustico di segnalazione nei casi in cui si imposta una coppia target.

Con una serie di adattatori e un pò di creatività è possibile anche utilizzare questi strumenti come tester campione per le chiavi dinamometriche da produzione, conservando il torsiometro in condizioni ottimali ed utilizzandolo solo come strumento di controllo qualità (quindi essendo poco sollecitato mantiene nel tempo la sua precisione) è possibile avere un controllo della taratura efficace e più frequente rispetto alla classica certificazione annuale (che comunque va fatta), una chiave dinamometrica può danneggiarsi e perdere la sua efficacia durante l'utilizzo di tutti i giorni (urti, cadute, mancato scarico della molla), il torsiomentro digitale in questo caso diventerebbe un tester da banco a tutti gli effetti.

Vi è mai capitato di aver bisogno di sapere quale forza sia necessaria per avviare la rotazione di un albero o di un volantino di una valvola? Molte volte questo dato è necessario per il dimensionamento di un motore o di un attuatore in generale, questo tipo di strumento ci restituisce in modo molto chiaro i paramentri di cui abbiamo bisogno.

Insomma, le applicazioni in cui il momento torcente incrocia le nostre attività lavorative o di fai da te sono moltissime, gli strumenti per misurarlo ci permettono di essere molto più precisi, efficaci e soprattutto sicuri.