Ролки във всекидневието
Кладенци, асансьори, строителни площадки, тренировъчни машини и генератори с ремъчно задвижване са приложения, които използват ролки като основна функция на машината.
Асансьорът използва противотежести с ролки, за да осигури система за повдигане на тежки предмети. Ремъчно задвижвани генератори се използват за осигуряване на резервно захранване на съвременни приложения като производствена фабрика. Военните бази използват генератори, задвижвани с колан, за да осигурят захранване на станцията, когато има конфликт.
Военните използват генератори, за да осигурят захранване на военни бази, когато няма външно захранване. Приложенията на задвижвани от ремъка генератори са огромни. Ролките се използват и за повдигане на тромави предмети в строителството, като например човек, който почиства прозорци на много висока сграда или дори вдига много тежки предмети, използвани в строителството.
Механика зад задвижвани от ремък генератори
Ремъчните генератори се захранват от две различни ролки, движещи се с два различни оборота в минута, което означава колко завъртания може да извърши една ролка за минута.
Причината, поради която ролките се въртят при две различни обороти в минута, е, че това влияе на периода или времето, необходимо на ролките, за да завършат едно завъртане или цикъл. Периодът и честотата имат обратна връзка, което означава, че периодът влияе върху честотата, а честотата влияе върху периода.
Честотата е основна концепция, която трябва да се разбере при захранването на конкретни приложения, а честотата се измерва в херци. Алтернаторите също са друга форма на генератор, задвижван от скрипец, който се използва за презареждане на батерията в превозните средства, които се задвижват днес.
Много видове генератори използват променлив ток, а някои - постоянен ток. Първият генератор на постоянен ток е построен от Майкъл Фарадей, който показа, че както електричеството, така и магнетизмът са единна сила, наречена електромагнитна сила.
Проблеми с ролките в механиката
Системите на ролките се използват при механични задачи във физиката. Най-добрият начин за решаване на проблемите с ролките в механиката е чрез използване на втория закон за движение на Нютон и разбиране на третия и първия закон на движение на Нютон.
Вторият закон на Нютон гласи:
F = ma
Където,Fе за нетната сила, която е векторната сума на всички сили, действащи върху обекта. m е масата на обекта, което е скаларна величина, което означава, че масата има само величина. Ускорението дава втория закон на Нютон неговото векторно свойство.
В дадените примери за проблеми със системата на ролките ще се изисква запознаване с алгебричното заместване.
Най-простата система за решаване на ролки е основнаМашината на Атуудкато се използва алгебрично заместване. Системите на ролките обикновено са системи с постоянно ускорение. Машината на Atwood е единична ролкова система с две тежести, прикрепени с една тежест от всяка страна на ролката. Проблемите по отношение на машината на Атууд се състоят от две тежести с еднаква маса и две тежести с неравномерни маси.
Ако машината на Atwood се състои от едно тегло от 50 килограма вляво от ролката и 100 килограма вдясно от ролката, какво е ускорението на системата?
За начало нарисувайте диаграма на свободното тяло на всички сили, действащи върху системата, включително напрежението.
Предмет отдясно на ролката
m_1 g-T = m_1 a
Където T е за напрежение, а g е ускорението поради гравитацията.
Предмет отляво на ролката
Ако напрежението се изтегля в положителната посока, следователно напрежението е положително, по посока на часовниковата стрелка (върви с) по отношение на въртенето по посока на часовниковата стрелка. Ако тежестта се изтегля надолу в отрицателна посока, следователно теглото е отрицателно, обратно на часовниковата стрелка (противоположно) по отношение на въртенето по посока на часовниковата стрелка.
Следователно прилагане на Нютонов втори закон за движение:
Напрежението е положително, W или m2g е отрицателно, както следва
T-m_2 g = m_2 a
Решете за напрежение.
T = m_2 g + m_2 a
Заместете в уравнението на първия обект.
\ начало {подравнено} & m_1g-T = m_1a \\ & m1 g- (m_2 g + m_2a) = m_1a \\ & m_1g-m_2g-m_2a = m_1a \\ & m_1g-m_2g = m_2a + m_1a \\ & (m_1-m_2) g = (m_2 + m_1) a \\ & a = \ frac {m_1-m_2} {m_2 + m_1} g \ край {подравнено}
Включете 50 килограма за втора маса и 100 кг за първа маса
\ начало {подравнено} a & = \ frac {m_1-m_2} {m_2 + m_1} g \\ & = \ frac {100-50} {50 + 100} 9.8 \\ & = 3.27 \ text {m / s} ^ 2 \ край {подравнен}
Графичен анализ на динамиката на система от ролки
Ако системата на ролките е била освободена от покой с две неравномерни маси и е изобразена на графика скорост спрямо време, тя ще произведе линеен модел, което означава, че няма да образува параболична крива, а диагонална права линия, започваща от произход.
Наклонът на тази графика ще доведе до ускорение. Ако системата беше изобразена на графика позиция спрямо време, тя би произвела параболична крива, започваща от началото, ако е реализирана от покой. Наклонът на графиката на тази система би произвел скоростта, което означава, че скоростта варира по време на движението на системата на ролката.
Системи на ролки и сили на триене
Aролкова система с триенее система, която взаимодейства с някаква повърхност, която има съпротивление, забавяйки системата на ролката поради сили на триене. В този случай повърхността на масата е под формата на съпротивление, взаимодействащо със системата на ролките, забавящо системата.
Следващият примерен проблем е система с ролки с триещи сили, действащи върху системата. Силата на триене в този случай е повърхността на масата, взаимодействаща с дървения блок.
Блок от 50 кг лежи върху маса с коефициент на триене между блока и масата от 0,3 от лявата страна на ролката. Вторият блок е окачен от дясната страна на ролката и има маса 100 кг. Какво е ускорението на системата?
За да се реши този проблем, трябва да се прилагат третият и вторият закон за движение на Нютон.
Започнете, като начертаете безплатна диаграма на тялото.
Третирайте този проблем като едноизмерен, а не като двуизмерен.
Силата на триене ще изтегли вляво от обекта едно противоположно движение. Силата на гравитацията ще се изтегли директно надолу, а нормалната сила ще се изтегли в посока, обратна на силата на гравитацията, равна по големина. Напрежението ще се изтегли надясно по посока на ролката по посока на часовниковата стрелка.
Обект две, който е окачената маса вдясно от ролката, ще има напрежението, изтеглящо се обратно на часовниковата стрелка и силата на гравитацията, изтегляща се по посока на часовниковата стрелка.
Ако силата се противопоставя на движението, тя ще бъде отрицателна, а ако силата върви с движение, ще бъде положителна.
След това започнете, като изчислите векторната сума на всички сили, действащи върху първия обект, лежащ на масата.
Нормалната сила и силата на гравитацията се отменят съгласно третия закон за движение на Нютон.
F_k = \ mu_k F_n
Където Fк е силата на кинетичното триене, което означава движещите се обекти и uк е коефициентът на триене и Fn е нормалната сила, която се движи перпендикулярно на повърхността, на която обектът почива.
Нормалната сила ще бъде равна по сила на силата на гравитацията, така че, следователно,
F_n = mg
Където Fн е нормалната сила и m е масата, а g е ускорението поради гравитацията.
Приложете втория закон на движение на Нютон за обект един вляво от ролката.
F_ {мрежа} = ма
Фрикцията се противопоставя на напрежението в движението се движи с движение, така че
- \ mu_k F_n + T = m_1a
След това намерете векторната сума на всички сили, действащи върху обект две, която е само силата на гравитация, дърпаща директно надолу с движение и напрежение, противоположно на движението в посока обратна на часовниковата стрелка посока.
Така че,
F_g-T = m_2a
Решете за напрежение с първото уравнение, което беше получено.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Заменете уравнението на напрежението във второто уравнение, така че, следователно,
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
След това решете за ускорение.
\ begin {align} & F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a \\ & m_2g- \ mu_k m_1 g = (m_1 + m_2) a \\ & a = g \ frac {m_2- \ mu_km_1} {m_2 + m_1} \ end { подравнен}
Добавете стойностите.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ текст {m / s} ^ 2
Ролкови системи
Системите на ролките се използват в ежедневието, навсякъде, от генератори до повдигане на тежки предмети. Най-важното е, че ролките преподават основите на механиката, което е жизненоважно за разбирането на физиката. Значението на ролковите системи е от съществено значение за развитието на съвременната индустрия и се използва много често. Физическа ролка се използва за генератори и алтернатори, задвижвани с ремък.
Ремъчно задвижван генератор се състои от две въртящи се ролки, които се въртят при две различни обороти в минута, които се използват за захранване на оборудване в случай на природно бедствие или за общи нужди от електроенергия. Ролките се използват в индустрията при работа с генератори за резервно захранване.
Проблемите с ролките в механиката възникват навсякъде от изчисляване на натоварванията при проектиране или изграждане и в асансьори за изчисляване на напрежението в колана, повдигане на тежък предмет с ролка, така че коланът да не го прави почивка. Системите на ролките не се използват само във физически проблеми, тъй като се използват в съвременния свят днес за огромно количество приложения.