Riemenscheiben im Alltag
Brunnen, Aufzüge, Baustellen, Trainingsgeräte und riemengetriebene Generatoren sind alle Anwendungen, die Riemenscheiben als Grundfunktion der Maschinen verwenden.
Ein Aufzug verwendet Gegengewichte mit Riemenscheiben, um ein Hebesystem für schwere Gegenstände bereitzustellen. Riemengetriebene Generatoren werden verwendet, um moderne Anwendungen wie eine Fertigungsfabrik mit Notstrom zu versorgen. Militärbasen verwenden riemengetriebene Generatoren, um die Station im Konfliktfall mit Strom zu versorgen.
Das Militär verwendet Generatoren, um Militärstützpunkte mit Strom zu versorgen, wenn keine externe Stromversorgung vorhanden ist. Die Einsatzmöglichkeiten von riemengetriebenen Generatoren sind enorm. Riemenscheiben werden auch verwendet, um schwerfällige Gegenstände im Bauwesen zu heben, wie beispielsweise ein Mensch, der die Fenster eines sehr hohen Gebäudes putzt oder sogar sehr schwere Gegenstände, die im Bauwesen verwendet werden, hebt.
Mechanik hinter riemengetriebenen Generatoren
Die Riemengeneratoren werden von zwei verschiedenen Riemenscheiben angetrieben, die sich mit zwei verschiedenen Umdrehungen pro Minute bewegen, was bedeutet, wie viele Umdrehungen eine Riemenscheibe in einer Minute ausführen kann.
Der Grund, warum sich die Riemenscheiben mit zwei verschiedenen Drehzahlen drehen, ist, dass dies die Zeitspanne oder die Zeit beeinflusst, die die Riemenscheiben benötigen, um eine Umdrehung oder einen Zyklus abzuschließen. Periode und Frequenz haben eine umgekehrte Beziehung, dh die Periode beeinflusst die Frequenz und die Frequenz beeinflusst die Periode.
Die Frequenz ist ein wesentliches Konzept, um bestimmte Anwendungen mit Strom zu versorgen, und die Frequenz wird in Hertz gemessen. Lichtmaschinen sind auch eine andere Form eines riemenscheibengetriebenen Generators, der zum Aufladen der Batterie in den heute angetriebenen Fahrzeugen verwendet wird.
Viele Arten von Generatoren verwenden Wechselstrom und einige verwenden Gleichstrom. Der erste Gleichstromgenerator wurde von Michael Faraday gebaut, der zeigte, dass sowohl Elektrizität als auch Magnetismus eine einheitliche Kraft sind, die als elektromagnetische Kraft bezeichnet wird.
Riemenscheibenprobleme in der Mechanik
Riemenscheibensysteme werden bei mechanischen Problemen in der Physik verwendet. Der beste Weg, Riemenscheibenprobleme in der Mechanik zu lösen, besteht darin, Newtons zweites Bewegungsgesetz zu verwenden und Newtons drittes und erstes Bewegungsgesetz zu verstehen.
Das zweite Newtonsche Gesetz besagt:
F=ma
Wo,Fist für die Nettokraft, die die Vektorsumme aller auf das Objekt wirkenden Kräfte ist. m ist die Masse des Objekts, die eine skalare Größe ist, was bedeutet, dass die Masse nur eine Größe hat. Die Beschleunigung gibt dem zweiten Newtonschen Gesetz seine Vektoreigenschaft.
Bei den gegebenen Beispielen für Probleme mit dem Flaschenzugsystem ist Vertrautheit mit der algebraischen Substitution erforderlich.
Das am einfachsten zu lösende Flaschenzugsystem ist ein primäresAtwoods Maschinemit algebraischer Substitution. Riemenscheibensysteme sind normalerweise Systeme mit konstanter Beschleunigung. Eine Atwood-Maschine ist ein Einzelrollensystem mit zwei Gewichten, die mit einem Gewicht auf jeder Seite der Rolle befestigt sind. Die Probleme einer Atwood-Maschine bestehen aus zwei Gewichten gleicher Masse und zwei Gewichten ungleichmäßiger Masse.
Wenn eine Atwood-Maschine aus einem 50-Kilogramm-Gewicht links von der Rolle und einem 100-kg-Gewicht rechts von der Rolle besteht, wie groß ist die Beschleunigung des Systems?
Zeichnen Sie zunächst ein Freikörperdiagramm aller auf das System wirkenden Kräfte, einschließlich der Spannung.
Objekt rechts von der Riemenscheibe
m_1 g-T=m_1 a
Wobei T für Spannung und g für die Erdbeschleunigung steht.
Objekt links von der Riemenscheibe
Wenn die Spannung in positiver Richtung nach oben zieht, ist die Spannung daher positiv, im Uhrzeigersinn (mitlaufend) in Bezug auf eine Drehung im Uhrzeigersinn. Wenn das Gewicht in negativer Richtung nach unten zieht, ist das Gewicht also negativ, entgegen dem Uhrzeigersinn (entgegengesetzt) in Bezug auf eine Drehung im Uhrzeigersinn.
Daher gilt das zweite Newtonsche Bewegungsgesetz:
Spannung ist positiv, W oder m2g ist wie folgt negativ
T-m_2 g=m_2 a
Für Spannung auflösen.
T=m_2 g+m_2 a
Setze in die Gleichung des ersten Objekts ein.
\begin{ausgerichtet} &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 \end{ausgerichtet}
Stecken Sie 50 kg für die zweite Masse und 100 kg für die erste Masse ein
\begin{aligned} a&=\frac{m_1-m_2}{m_2+m_1}g\\ &=\frac{100-50}{50+100}9,8\\ &=3,27\text{ m/s}^ 2 \end{ausgerichtet}
Grafische Analyse der Dynamik eines Riemenscheibensystems
Wenn das Flaschenzugsystem mit zwei ungleichen Massen aus dem Ruhezustand gelöst und in einem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm grafisch dargestellt wurde, ist es würde ein lineares Modell ergeben, d. h. es würde keine parabolische Kurve, sondern eine diagonale Gerade ausgehend von der Ursprung.
Die Steigung dieses Graphen würde eine Beschleunigung erzeugen. Wenn das System auf einem Positions-Zeit-Diagramm grafisch dargestellt würde, würde es eine parabolische Kurve ausgehend vom Ursprung erzeugen, wenn es aus der Ruhe realisiert würde. Die Steigung des Graphen dieses Systems würde die Geschwindigkeit erzeugen, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit während der Bewegung des Riemenscheibensystems variiert.
Riemenscheibensysteme und Reibungskräfte
EINRiemenscheibensystem mit Reibungist ein System, das mit einer Oberfläche mit Widerstand interagiert und das Riemenscheibensystem aufgrund von Reibungskräften verlangsamt. In diesen Fällen ist die Tischoberfläche die Form eines Widerstands, der mit dem Flaschenzugsystem interagiert und das System verlangsamt.
Das folgende Beispielproblem ist ein Flaschenzugsystem mit auf das System wirkenden Reibungskräften. Die Reibungskraft ist in diesem Fall die Oberfläche des Tisches, die mit dem Holzblock zusammenwirkt.
Ein 50 kg Block ruht auf einem Tisch mit einem Reibungskoeffizienten zwischen Block und Tisch von 0,3 auf der linken Seite der Rolle. Der zweite Block hängt an der rechten Seite der Rolle und hat eine Masse von 100 kg. Wie hoch ist die Beschleunigung des Systems?
Um dieses Problem zu lösen, müssen das dritte und das zweite Bewegungsgesetz von Newton angewendet werden.
Beginnen Sie mit dem Zeichnen eines Freikörperdiagramms.
Behandeln Sie dieses Problem als eindimensional, nicht als zweidimensional.
Die Reibungskraft zieht eine entgegengesetzte Bewegung nach links vom Objekt. Die Schwerkraft wird direkt nach unten ziehen, und die Normalkraft wird in der entgegengesetzten Richtung der Schwerkraft in gleicher Größe ziehen. Die Spannung zieht nach rechts in Richtung der Riemenscheibe im Uhrzeigersinn.
Bei Objekt 2, der hängenden Masse rechts von der Rolle, wird die Spannung gegen den Uhrzeigersinn nach oben und die Schwerkraft im Uhrzeigersinn nach unten gezogen.
Wenn die Kraft der Bewegung entgegenwirkt, ist sie negativ, und wenn die Kraft mit der Bewegung geht, ist sie positiv.
Beginnen Sie dann mit der Berechnung der Vektorsumme aller Kräfte, die auf das erste auf dem Tisch ruhende Objekt wirken.
Die Normalkraft und die Schwerkraft heben sich nach dem dritten Newtonschen Bewegungsgesetz auf.
F_k=\mu_k F_n
Wo Fk ist die Kraft der Gleitreibung, d. h. die Objekte in Bewegung und uk ist der Reibungskoeffizient und Fn ist die Normalkraft, die senkrecht zur Oberfläche verläuft, auf der das Objekt ruht.
Die Normalkraft wird betragsmäßig gleich der Schwerkraft sein, also ist
F_n=mg
Wo Fnein ist die Normalkraft und m ist die Masse und g ist die Erdbeschleunigung.
Wenden Sie das zweite Bewegungsgesetz von Newton für das Objekt eins links von der Riemenscheibe an.
F_{net}=ma
Reibung steht der Bewegung entgegen Spannung geht mit einer Bewegung einher, daher
-\mu_k F_n+T=m_1a
Bestimmen Sie als nächstes die Vektorsumme aller Kräfte, die auf Objekt 2 wirken, die nur die Kraft von ist die Schwerkraft zieht direkt nach unten mit Bewegung und Spannung entgegen der Bewegung im Gegenuhrzeigersinn Richtung.
Also deshalb,
F_g-T=m_2a
Lösen Sie mit der ersten abgeleiteten Gleichung nach Spannung auf.
T=\mu_k F_n+m_1a
Setzen Sie die Spannungsgleichung in die zweite Gleichung ein, also gilt
F_g-\mu_k F_n-m_1a=m_2a
Dann nach Beschleunigung auflösen.
\begin{ausgerichtet} &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{ ausgerichtet}
Stecken Sie die Werte ein.
a=9,81\frac{100-0,3(50)}{100+50}=5,56\text{ m/s}^2
Riemenscheibensysteme
Riemenscheibensysteme werden im täglichen Leben eingesetzt, vom Generator bis zum Heben schwerer Gegenstände. Am wichtigsten ist, dass Riemenscheiben die Grundlagen der Mechanik vermitteln, die für das Verständnis der Physik unerlässlich sind. Die Bedeutung von Flaschenzugsystemen ist für die Entwicklung der modernen Industrie von wesentlicher Bedeutung und wird sehr häufig verwendet. Eine physikalische Riemenscheibe wird für riemengetriebene Generatoren und Generatoren verwendet.
Ein riemengetriebener Generator besteht aus zwei rotierenden Riemenscheiben, die sich mit zwei unterschiedlichen Drehzahlen drehen, die verwendet werden, um Geräte im Falle einer Naturkatastrophe oder für den allgemeinen Strombedarf anzutreiben. Riemenscheiben werden in der Industrie verwendet, wenn mit Generatoren zur Notstromversorgung gearbeitet wird.
Riemenscheibenprobleme in der Mechanik treten überall auf, bei der Berechnung von Lasten beim Konstruieren oder Bauen und in Aufzüge, um die Spannung im Riemen zu berechnen, einen schweren Gegenstand mit einer Riemenscheibe anzuheben, damit der Riemen nicht Unterbrechung. Riemenscheibensysteme werden nicht nur bei physikalischen Problemen eingesetzt, sondern werden in der modernen Welt heute für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.
