Remskive-systemers fysik

Brønde, elevatorer, byggepladser, motionsmaskiner og bæltdrevne generatorer er alle applikationer, der bruger remskiver som en grundlæggende funktion af maskinen.

En elevator bruger modvægte med remskiver til at give et løftesystem til tunge genstande. Bæltedrevne generatorer bruges til at levere backup-strøm til moderne applikationer såsom en produktionsfabrik. Militærbaser bruger bæltedrevne generatorer til at give stationen strøm, når der er en konflikt.

Militæret bruger generatorer til at levere strøm til militærbaser, når der ikke er nogen ekstern strømforsyning. Anvendelserne af bæltdrevne generatorer er enorme. Remskiver bruges også til at løfte besværlige genstande i konstruktionen, såsom et menneske, der renser vinduer i en meget høj bygning eller endda løfter meget tunge genstande, der bruges i byggeriet.

Bæltegeneratorerne drives af to forskellige remskiver, der bevæger sig med to forskellige omdrejninger pr. Minut, hvilket betyder, hvor mange omdrejninger en remskive kan gennemføre på et minut.

Årsagen til, at remskiverne roterer med to forskellige omdrejninger pr. Minut, er, at det påvirker perioden eller den tid, det tager remskiverne at gennemføre en rotation eller cyklus. Periode og frekvens har et omvendt forhold, hvilket betyder at perioden påvirker frekvensen, og frekvensen påvirker perioden.

Frekvens er et vigtigt koncept at forstå, når der tændes for specifikke applikationer, og frekvensen måles i hertz. Generatorer er også en anden form for en remskive-drevet generator, der bruges til at genoplade batteriet i de køretøjer, der køres i dag.

Mange typer generatorer bruger vekselstrøm, og nogle bruger jævnstrøm. Den første jævnstrømsgenerator blev bygget af Michael Faraday, som viste, at både elektricitet og magnetisme er en samlet kraft kaldet den elektromagnetiske kraft.

Remskivesystemer bruges i mekanikproblemer i fysik. Den bedste måde at løse remskiveproblemer inden for mekanik er ved at bruge Newtons anden bevægelseslov og forstå Newtons tredje og første bevægelseslove.

Newtons anden lov hedder:

Hvor,Fer for nettokraften, som er vektorsummen af ​​alle de kræfter, der virker på objektet. m er genstandens masse, hvilket er en skalar størrelse, hvilket betyder at masse kun har størrelse. Acceleration giver Newtons anden lov sin vektoregenskab.

I de givne eksempler på remskivesystemproblemer kræves fortrolighed med algebraisk substitution.

Det mest enkle remskive system at løse er et primærtAtwoods maskineved hjælp af algebraisk substitution. Remskivesystemer er normalt konstante accelerationssystemer. En Atwoods maskine er et enkelt remskivesystem med to vægte fastgjort med en vægt på hver side af remskiven. Problemer med en Atwoods maskine består af to vægte med lige masse og to vægte med ujævne masser.

​Hvis en Atwoods maskine består af en vægt på 50 kg til venstre for remskiven og en 100 kg vægt til højre for remskiven, hvad er systemets acceleration?​

Til at begynde med tegner du et frit kropsdiagram over alle kræfter, der virker på systemet, inklusive spænding.

​Objekt til højre for remskiven​

Hvor T er for spænding, og g er accelerationen på grund af tyngdekraften.

​Objekt til venstre for remskiven​

Hvis spændingen trækker op i den positive retning, er spændingen derfor positiv med uret (går med) i forhold til en rotation med uret. Hvis vægten trækkes ned i negativ retning, er vægten negativ, mod uret (modsat) i forhold til en rotation med uret.

Derfor anvender Newtons anden bevægelseslov:

Spændingen er positiv, W eller m₂g er negativ som følger

Løs spænding.

Erstat i ligningen af ​​det første objekt.

Tilslut 50 kg for anden masse og 100 kg for den første masse

Hvis remskivesystemet blev frigivet fra hvile med to ulige masser og blev tegnet med en hastighed versus tidsgraf, er det ville producere en lineær model, hvilket betyder, at den ikke ville danne en parabolisk kurve, men en diagonal lige linje startende fra oprindelse.

Hældningen på denne graf ville frembringe acceleration. Hvis systemet blev tegnet på en position versus tidsgraf, ville det producere en parabolisk kurve startende fra oprindelsen, hvis det blev realiseret fra hvile. Hældningen på grafen for dette system ville producere hastigheden, hvilket betyder, at hastigheden varierer i hele remskivesystemets bevægelse.

ENremskive system med friktioner et system, der interagerer med en overflade, der har modstand, hvilket bremser remskivesystemet ned på grund af friktionskræfter. I disse tilfælde er bordets overflade den form for modstand, der interagerer med remskivesystemet, hvilket bremser systemet ned.

Det følgende eksempelproblem er et remskivesystem med friktionskræfter, der virker på systemet. Friktionskraften er i dette tilfælde overfladen på bordet, der interagerer med træblokken.

​En 50 kg blok hviler på et bord med en gnidningskoefficient mellem blokken og bordet på 0,3 på venstre side af remskiven. Den anden blok hænger på højre side af remskiven og har en masse på 100 kg. Hvad er accelerationen af ​​systemet?​

For at løse dette problem skal Newtons tredje og anden bevægelseslov anvendes.

Begynd med at tegne et frit kropsdiagram.

Behandl dette problem som et dimensionelt, ikke to-dimensionelt.

Friktionskraft trækker en modsat bevægelse til venstre for objektet. Tyngdekraften trækker direkte ned, og den normale kraft trækker i den modsatte retning af tyngdekraften, der er lige stor. Spændingen trækkes til højre i retning af remskiven med uret.

Objekt to, som er den hængende masse til højre for remskiven, får spændingen til at trække op mod uret, og tyngdekraften trækkes ned med uret.

Hvis kraften modsætter sig bevægelsen, vil den være negativ, og hvis kraften går med bevægelse, vil den være positiv.

Start derefter med at beregne vektorsummen af ​​alle de kræfter, der virker på det første objekt, der hviler på bordet.

Den normale kraft og tyngdekraften annullerer i henhold til Newtons tredje bevægelseslov.

Hvor F_k er kraften af ​​kinetisk friktion, hvilket betyder objekterne i bevægelse og u_k er friktionskoefficienten, og Fn er den normale kraft, der løber vinkelret på overfladen, hvorpå objektet hviler.

Den normale kraft vil være lig med tyngdekraften i størrelse, så derfor

Hvor F_n er den normale kraft og m er massen og g er accelerationen på grund af tyngdekraften.

Anvend Newtons anden bevægelseslov for objekt et til venstre for remskiven.

Friktion modsætter sig bevægelsesspænding går med en bevægelse, så derfor

Find derefter vektorsummen af ​​alle de kræfter, der virker på objekt to, hvilket kun er kraften af tyngdekraften trækker direkte ned med bevægelse og spænding modsat bevægelsen mod uret retning.

Så derfor

Løs spænding med den første ligning, der blev afledt.

Erstat spændingsligning i den anden ligning, så derfor

Løs derefter for acceleration.

Plugin værdierne.

Remskivesystemer bruges i hverdagen, hvor som helst fra generatorer til løft af tunge genstande. Vigtigst er det, at remskiver lærer det grundlæggende inden for mekanik, hvilket er vigtigt for forståelsen af ​​fysik. Remskivesystemers betydning er vigtig for udviklingen af ​​den moderne industri og bruges meget almindeligt. En remskive til fysik bruges til remdrevne generatorer og generatorer.

En bæltdrevet generator består af to roterende remskiver, der roterer ved to forskellige omdrejninger pr. Minut, som bruges til at drive udstyr i tilfælde af en naturkatastrofe eller til generelle strømbehov. Remskiver bruges i industrien, når der arbejdes med generatorer til backup-effekt.

Remskiveproblemer i mekanik opstår overalt fra beregning af belastning ved design eller bygning og ind elevatorer til beregning af spændingen i bæltet, der løfter en tung genstand med en remskive, så bæltet ikke gør det pause. Remskivesystem bruges ikke kun i fysikproblemer, og det bruges i den moderne verden i dag til en lang række applikationer.