Conţinut
- Avantaj mecanic
- Legea conservării energiei
- Rulița diferențială
- Newtons A doua lege
- Mai multe blocuri suspendate
Câteva situații interesante pot fi configurate cu scripete pentru a testa elevii înțelegerea legii mișcării Newtons, a legii conservării energiei și definirea muncii în fizică. O situație deosebit de instructivă poate fi găsită din ceea ce se numește scripetă diferențială, un instrument comun utilizat în magazinele de mecanici pentru ridicarea grea.
Avantaj mecanic
Ca și în cazul unei pârghii, creșterea distanței peste care se aplică o forță, în comparație cu distanța în care este ridicată sarcina, crește avantajul mecanic sau pârghia. Să presupunem că sunt utilizate două blocuri de scripete. Unul se atașează de o sarcină; unul se atașează mai sus de un suport. Dacă sarcina trebuie ridicată X unități, atunci blocul de scripete din partea inferioară trebuie să crească și X unități. Blocul de scripetă de deasupra nu se mișcă în sus sau în jos. Prin urmare, distanța dintre cele două blocuri de scripete trebuie să scurteze unitățile X. Lungimile de linie cuprinse între cele două blocuri de scripete trebuie să scurteze fiecare X unități. Dacă există astfel de linii Y, atunci tractorul trebuie să tragă unități X --- Y pentru a ridica unitățile X de încărcare. Deci forța necesară este de 1 / Y de greutatea sarcinii. Avantajul mecanic se spune că este Y: 1.
Legea conservării energiei
Această pârghie este rezultatul legii conservării energiei. Reamintim că munca este o formă de energie. Prin muncă, ne referim la definiția fizică: forța aplicată unei sarcini de distanță de peste care încărcătura este deplasată de forță. Deci, dacă sarcina este Z Newtons, energia necesară pentru ridicarea ei X unități trebuie să fie egală cu munca depusă de trăgător. Cu alte cuvinte, Z --- X trebuie să fie egal (forța aplicată de trăgător) --- XY. Prin urmare, forța aplicată de trăgător este Z / Y.
Rulița diferențială
O ecuație interesantă apare atunci când faceți din linie o buclă continuă, iar blocul agățat de suport are două scripete, unul puțin mai mic decât celălalt. Să presupunem, de asemenea, că cele două scripete din bloc sunt atașate astfel încât să se rotească împreună. Apelati la razele scripetelor "R" si "r", unde R> r.
Dacă trăgătorul scoate o linie suficientă pentru a roti scripetele fixe printr-o rotație, el a scos 2πR de linie. Scripetul mai mare a preluat apoi 2πR de linie pentru a susține sarcina. Scripetul mai mic s-a rotit în aceeași direcție, lăsând 2πr de linie la sarcină. Deci sarcina crește 2πR-2πr. Avantajul mecanic este distanța trasă împărțită la distanța ridicată, sau 2πR / (2πR-2πr) = R / (R-r). Rețineți că, dacă razele diferă cu doar 2 la sută, avantajul mecanic este un 50-la-1 extraordinar.
Un astfel de scripetă se numește scripetă diferențială. Este o instalație obișnuită în magazinele de reparații auto. Are proprietatea interesantă ca linia pe care trăgătorul să o poată agăța în timp ce o sarcină este ținută în sus, pentru că există întotdeauna suficientă frecare încât forțele opuse de pe cele două scripete să împiedice să se întoarcă.
Newtons A doua lege
Să presupunem că două blocuri sunt conectate, iar unul, numit M1, atârnă de un scripetă. Cât de repede vor accelera? Newton a doua lege se referă la forță și accelerație: F = ma. Masa celor două blocuri este cunoscută (M1 + M2). Accelerarea nu este cunoscută. Forța este cunoscută din atracția gravitațională de pe M1: F = ma = M1 --- g, unde g este accelerația gravitațională la suprafața Pământului.
Rețineți că M1 și M2 vor fi accelerate împreună. Găsirea accelerației lor, a, este doar o chestiune de substituire în formula F = ma: M1 --- g = (M1 + M2) a. Desigur, dacă frecarea dintre M2 și tabel este una dintre forțele la care F = M1 --- g trebuie să se opună, atunci această forță se adaugă cu ușurință și în partea dreaptă a ecuației, înainte de accelerație, a, este rezolvat pentru.
Mai multe blocuri suspendate
Ce se întâmplă dacă ambele blocuri sunt agățate? Apoi partea din stânga ecuației are două completări în loc de una. Cea mai ușoară va circula în direcția opusă forței rezultate, deoarece masa mai mare determină direcția sistemului cu două mase; de aceea, forța gravitațională asupra masei mai mici trebuie scăzută. Să presupunem M2> M1. Apoi, partea stângă de mai sus se schimbă de la M1 --- g la M2 --- g-M1 --- g. Partea dreaptă rămâne aceeași: (M1 + M2) a. Accelerația, a, este apoi rezolvată banal în mod aritmetic.