Conţinut
Puteți calcula forța și acțiunea sistemelor de scripete prin aplicarea legilor mișcării Newtons.A doua lege funcționează cu forță și accelerație; a treia lege indică direcția forțelor și modul în care forța tensiunii echilibrează forța gravitației.
Scripetele: The Ups and Downs
Un scripetă este o roată rotativă montată care are o margine convexă curbă cu o frânghie, curea sau lanț care se poate deplasa de-a lungul jantei roților pentru a schimba direcția unei forțe de tragere. Modifică sau reduce efortul necesar pentru a muta obiecte grele, cum ar fi motoarele auto și ascensoarele. Un sistem de scripete de bază are un obiect conectat la un capăt, în timp ce o forță de control, cum ar fi de la un mușchi al unei persoane sau un motor, trage de la celălalt capăt. Un sistem de scripete Atwood are ambele capete ale funiei de scripete conectate la obiecte. Dacă cele două obiecte au aceeași greutate, scripetele nu se vor mișca; cu toate acestea, un mic remorcher pe ambele părți le va muta într-o direcție sau în cealaltă. Dacă sarcinile sunt diferite, cea mai grea se va accelera în timp ce sarcina mai ușoară accelerează.
Sistem de scripete de bază
Newtons a doua lege, F (forță) = M (masă) x A (accelerație) presupune că scripetele nu au frecare și ignorați masa scripetelor. A treia lege a lui Newtons spune că pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă, deci forța totală a sistemului F va egala forța din frânghie sau T (tensiunea) + G (forța gravitației) care trage la sarcină. Într-un sistem de scripete de bază, dacă exercitați o forță mai mare decât masa, masa dvs. se va accelera, determinând F-ul să fie negativ. Dacă masa se accelerează, F este pozitivă.
Calculați tensiunea din frânghie folosind următoarea ecuație: T = M x A. Patru exemplu, dacă încercați să găsiți T într-un sistem de scripete de bază cu o masă atașată de 9g accelerând în sus cu 2m / s², atunci T = 9g x 2m / s² = 18gm / s² sau 18N (newtoni).
Calculați forța cauzată de gravitație pe sistemul de scripete de bază utilizând următoarea ecuație: G = M x n (accelerația gravitațională). Accelerația gravitațională este o constantă egală cu 9,8 m / s². Masa M = 9g, deci G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2gm / s², sau 88,2 tone.
Introduceți tensiunea și forța gravitațională pe care tocmai le-ați calculat în ecuația inițială: -F = T + G = 18N + 88.2N = 106.2N. Forța este negativă, deoarece obiectul sistemului de scripete se accelerează în sus. Negativul din forță este trecut pe soluție astfel încât F = -106.2N.
Sistem de scripete Atwood
Ecuațiile, F (1) = T (1) - G (1) și F (2) = -T (2) + G (2), presupun că scripetele nu au frecare sau masă. De asemenea, presupune că masa doi este mai mare decât cea a masei. În caz contrar, comutați ecuațiile.
Calculați tensiunea de ambele părți ale sistemului de scripete folosind un calculator pentru a rezolva următoarele ecuații: T (1) = M (1) x A (1) și T (2) = M (2) x A (2). De exemplu, masa primului obiect este egală cu 3g, masa celui de-al doilea obiect este egală cu 6g și ambele părți ale frânghiei au aceeași accelerație egală cu 6,6m / s². În acest caz, T (1) = 3g x 6,6m / s² = 19,8 N și T (2) = 6g x 6,6m / s² = 39,6 N.
Calculați forța cauzată de gravitație pe sistemul de scripete de bază utilizând următoarea ecuație: G (1) = M (1) x n și G (2) = M (2) x n. Accelerația gravitațională n este o constantă egală cu 9,8 m / s². Dacă prima masă M (1) = 3g și a doua masă M (2) = 6g, atunci G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4 N și G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Introduceți în ecuațiile originale tensiunile și forțele gravitaționale calculate anterior pentru ambele obiecte. Pentru primul obiect F (1) = T (1) - G (1) = 19.8N - 29.4N = -9.6N, iar pentru al doilea obiect F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6 N + 58,8 N = 19,2 N. Faptul că forța celui de-al doilea obiect este mai mare decât primul obiect și că forța primului obiect este negativă arată că primul obiect se accelerează în sus, în timp ce al doilea obiect se mișcă în jos.