¿Cómo calcularías la fuerza necesaria para rotar a lo largo del eje x del anclaje vertical de tierra en la tierra?

Soy un estudiante de secundaria que aún no ha tenido el placer de estudiar física, así que perdóname si la respuesta es obvia. El problema que tengo involucra un ancla de tierra perforada verticalmente en la tierra.

Estoy tratando de descubrir la ecuación que daría la mayor cantidad de fuerza permisible distribuida uniformemente en la parte superior expuesta antes de que el ancla gire. Solo una fuerza perpendicular al sinfín vertical. Lo que quiero decir con rotar es que pivotaría en un punto a la mitad del sinfín, como una palanca con un punto de apoyo en el medio (eje x), y no se desenroscaría de la tierra (eje z). Por supuesto, esto sería fácil si estuviera en el aire, pero estoy perdido en cómo calcularlo en tierra. Vine aquí de Physics Stack Exchange. El sinfín tendría 9 pulgadas de largo y estaría sumergido en 1,52 g / cm de tierra seca de manera constante. Cualquier ayuda sería muy apreciada.

Voy a explicar esta pregunta a nivel de física de secundaria.

Supongamos que la cuchilla del sinfín cubre 2 círculos completos con una longitud de empotramiento de 1.5 pies. Y suponiendo que el radio de las cuchillas es de 6 pulgadas de diámetro del agujero como 1 pie.

Entonces, la superficie de la tierra que resiste la torsión es pies o una longitud expandida de veces la resistencia al corte de su suelo, típicamente a aproximadamente 100 lb / ft ² .$1.5\pi\times1 = 1.5\pi$$2\times2\pi\times1.41 = 5.64\pi$

Entonces, al elegir la cizalla más grande como la de la superficie de la cuchilla en comparación con el orificio, obtenemos torque. Esto es desalojar la resistencia del suelo que no es lo suficientemente grande como para crear una bisagra en el eje.$564\times 0.5= 282\text{ lbs ft}$

Ahora miramos el otro extremo e intentamos ver cuánta fuerza puede soportar el eje antes de ceder y crear una bisagra de plástico.

Digamos que el diámetro del eje es de 1 pulgada y está hecho de acero con una fuerza de torsión de 25 psi.

La fuerza de torsión de un eje es

Por lo tanto, debe aplicar torque total de 5000 en la parte superior antes de que comience a desarrollar una bisagra de plástico, independientemente del suelo que sea aburrido.$lb.in^1$

Editar

Después de un nuevo comentario de OP, adjunto mi respuesta anterior a una pregunta similar .

A su nivel, esta es una pregunta importante, por lo que, para simplificar, está preguntando sobre los momentos también conocidos como fuerza de giro.

Los problemas que enfrenta son calcular el coeficiente de fricción específico de la roca en particular en la que está incrustando la herramienta. Eso solo puede hacerse mediante el análisis del suelo por un laboratorio geotécnico.

En este caso específico, puede hacer que sea bastante simple de calcular empujando una varilla afilada en el suelo con un dispositivo para medir la fuerza necesaria para empujarlo 100 mm hacia el suelo. Eso le indicaría la cantidad mínima de fuerza requerida para girar el sinfín.

La ecuación es$F=\frac M{A}$

Esto significa que la fuerza requerida para penetrar el suelo aumentará proporcionalmente a la profundidad y, si se agrega, requerirá una mayor fuerza debido al aumento de la masa de suelo que se está cortando. Dado que la aceleración es en realidad una velocidad constante, este es el resultado esperado.

Lo ideal sería colocar un poste fuerte a través del ojo del sinfín y girar el sinfín con ese poste. Cuanto más largo sea el poste, menos esfuerzo aplicado se requiere para forzar el sinfín más profundamente, ya que calculamos los momentos de fuerza perpendiculares a la línea de acción que genera el torque.

$F*d=R_f$ donde es la fuerza resultante. F es la fuerza aplicada y "d" es la distancia perpendicular al centro radial del fulcro. En este caso, ese punto de apoyo es el sinfín mismo.$R_f$

Espero que esto lo aclare un poco.