Rihmarattad igapäevaelus
Kaevud, liftid, ehitusplatsid, trenažöörid ja turvavööga generaatorid on kõik rakendused, mis kasutavad rihmarattaid masina põhifunktsioonina.
Lift kasutab raskete esemete tõstesüsteemi loomiseks rihmaratastega vastukaalusid. Rihmülekandega generaatoreid kasutatakse varunduse tagamiseks tänapäevastele rakendustele, näiteks tootmistehasele. Sõjaväebaasid kasutavad rihmülekandega generaatorit, et anda jaamale voolu konflikti korral.
Sõjavägi kasutab generaatoreid, et varustada sõjaväebaase, kui välist toite pole. Rihmülekandega generaatorite rakendused on tohutud. Rihmarattaid kasutatakse ka tülikate objektide tõstmiseks ehituses, näiteks inimene puhastab väga kõrge hoone aknaid või tõstab isegi ehitamisel kasutatavaid väga raskeid esemeid.
Mehaanika rihmaga töötavate generaatorite taga
Rihmageneraatorid töötavad kahe erineva rihmaratta abil, mis liiguvad kahe erineva pöörlemisega minutis, mis tähendab, kui palju pöördeid saab rihmaratas ühe minuti jooksul läbi viia.
Põhjus, miks rihmarattad pöörlevad kahe erineva p / min juures, on see, et see mõjutab perioodi või aega, mis rihmaratastel ühe pöörde või tsükli lõpuleviimiseks kulub. Perioodil ja sagedusel on pöördvõrdeline suhe, see tähendab, et periood mõjutab sagedust ja sagedus mõjutab perioodi.
Sagedus on konkreetse rakenduse toitmisel mõistmiseks oluline mõiste ja sagedust mõõdetakse hertsides. Generaatorid on ka teine rihmarattaga generaatori vorm, mida kasutatakse tänapäeval juhitavate sõidukite akude laadimiseks.
Paljud generaatoritüübid kasutavad vahelduvvoolu ja mõned alalisvoolu. Esimese alalisvoolugeneraatori ehitas Michael Faraday, mis näitas, et nii elekter kui ka magnetism on ühtne jõud, mida nimetatakse elektromagnetiliseks jõuks.
Rihmaratta probleemid mehaanikas
Rihmarattasüsteeme kasutatakse mehaanika probleemides füüsikas. Parim viis ratta probleemide lahendamiseks mehaanikas on Newtoni teise liikumisseaduse kasutamine ja Newtoni kolmanda ja esimese liikumisseaduse mõistmine.
Newtoni teises seaduses on öeldud:
F = ma
KusFon netojõu jaoks, mis on kõigi objektile mõjuvate jõudude vektorsumma. m on objekti mass, mis on skalaarne suurus, mis tähendab, et massil on ainult suurus. Kiirendus annab Newtoni teisele seadusele selle vektoromandi.
Rihmaratta süsteemiprobleemide toodud näidetes on vaja tundma õppida algebralisi asendusi.
Kõige lihtsam lahendada on rihmaratta süsteem esmaneAtwoodi masinkasutades algebralist asendust. Rihmarattasüsteemid on tavaliselt pideva kiirendusega süsteemid. Atwoodi masin on üks rihmaratta süsteem, millel on kaks raskust, mis on kinnitatud rihmaratta mõlemale küljele ühe kaaluga. Atwoodi masinaga seotud probleemid koosnevad kahest võrdse massiga massist ja kahest ebaühtlase massiga massist.
Kui Atwoodi masin koosneb ühest 50 kilogrammist kaalust rihmarattast vasakul ja 100 kg raskusest rihmarattast paremal, siis milline on süsteemi kiirendus?
Alustuseks joonistage kõigi süsteemile mõjuvate jõudude, sealhulgas pingete, vaba keha skeem.
Objekt rihmaratta paremal
m_1 g-T = m_1 a
Kui T on pinge jaoks ja g on gravitatsioonist tingitud kiirendus.
Objekt rihmarattast vasakule
Kui pinge tõuseb positiivses suunas, on pinge positiivne päripäeva pöörlemise suhtes päripäeva. Kui raskus tõmbub negatiivses suunas alla, on kaal negatiivse vastupäeva (vastupäeva) päripäeva pöörlemise suhtes.
Seetõttu rakendades Newtoni teist liikumisseadust:
Pinge on positiivne, W või m2g on negatiivne järgmiselt
T-m_2 g = m_2 a
Lahendage pinge.
T = m_2 g + m_2 a
Asendage esimese objekti võrrandisse.
\ alusta {joondatud} & 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 \ lõpp {joondatud}
Ühendage teise massi jaoks 50 kilogrammi ja esimese massi jaoks 100 kg
\ alusta {joondatud} a & = \ frac {m_1-m_2} {m_2 + m_1} g \\ & = \ frac {100-50} {50 + 100} 9,8 \\ & = 3,27 \ text {m / s} ^ 2 \ lõpp {joondatud}
Rihmaratta süsteemi dünaamika graafiline analüüs
Kui rihmaratta süsteem vabastati kahe ebavõrdse massiga puhkeolekust ja see joonistati kiiruse ja aja graafikul, tooks lineaarse mudeli, mis tähendab, et see ei moodustaks paraboolset kõverat, vaid diagonaalset sirget, mis algab päritolu.
Selle graafiku kalle annaks kiirenduse. Kui süsteem oleks graafikus asukoha ja aja graafikul, tekitaks see paraboolse kõvera alguspunktist, kui see oleks realiseeritud puhkeolekust. Selle süsteemi graafiku kalle annaks kiiruse, see tähendab, et kiirus varieerub rihmaratta süsteemi kogu liikumise ajal.
Rihmarattasüsteemid ja hõõrdejõud
Arihmaratta süsteem hõõrdumisegaon süsteem, mis interakteerub mõne pinnaga, millel on takistus, pidurdades rihmaratta süsteemi hõõrdejõudude tõttu. Sel juhul on laua pind vastupanu vormis, mis suhtleb rihmaratta süsteemiga, pidurdades süsteemi tööd.
Järgmine näite probleem on rihmaratas, millel on süsteemile mõjuvad hõõrdejõud. Hõõrdejõud on antud juhul laua pind, mis suhtleb puitplokkidega.
50 kg kaaluv plokk toetub lauale, mille rihmaratta vasakul küljel on hõõrdetegur ploki ja laua vahel 0,3. Teine plokk ripub rihmaratta paremal küljel ja selle mass on 100 kg. Mis on süsteemi kiirendus?
Selle probleemi lahendamiseks tuleb rakendada Newtoni kolmandat ja teist liikumisseadust.
Alustage vaba keha skeemi joonistamisega.
Käsitlege seda probleemi kui ühemõõtmelist, mitte kahemõõtmelist.
Hõõrdejõud tõmbab objektist vasakule ühe vastandliku liikumise. Raskusjõud tõmbub otse alla ja normaalne jõud tõmbub raskusjõu jõuga vastupidises suunas. Pinge tõmbub rihmaratta suunas paremale päripäeva.
Teisel objektil, mis on rihmarattast paremal rippuv mass, tõmbub pinge vastupäeva üles ja raskusjõud päripäeva alla.
Kui jõud on liikumisele vastu, on see negatiivne ja kui jõud liigub, on see positiivne.
Seejärel alustage kõigi lauale toetuvate esemete suhtes mõjuvate jõudude vektorite summa arvutamisest.
Normaalne jõud ja raskusjõud kustuvad Newtoni kolmanda liikumisseaduse kohaselt.
F_k = \ mu_k F_n
Kus Fk on kineetilise hõõrdumise jõud, mis tähendab liikuvaid objekte ja uk on hõõrdetegur ja Fn on normaalne jõud, mis kulgeb risti pinnaga, millel objekt puhkab.
Tavaline jõud saab olema võrdne raskusjõuga, seega
F_n = mg
Kus Fn on normaalne jõud ja m on mass ning g on gravitatsioonist tingitud kiirendus.
Rakendage rihmarattast vasakule jääva objekti jaoks Newtoni teine liikumisseadus.
F_ {net} = ma
Hõõrdumine on vastu liikumispingele, mis liigub liikumisega, seega
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Järgmisena leidke kõigi objektile teisele mõjuvate jõudude vektorisumma, mis on lihtsalt raskusjõud tõmmates otse alla liikumise ja pingega, mis vastanduvad liikumisele vastupäeva suund.
Seega,
F_g-T = m_2a
Lahendage pinge esimese tuletatud võrrandiga.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Asendage pingevõrrand teise võrrandisse, seega
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Seejärel lahendage kiirendamiseks.
\ begin {joondatud} & 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 { joondatud}
Plugin väärtused.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ tekst {m / s} ^ 2
Rihmarattasüsteemid
Rihmarattasüsteeme kasutatakse igapäevaelus kõikjal alates generaatoritest kuni raskete esemete tõstmiseni. Kõige tähtsam on see, et rihmarattad õpetavad mehaanika põhitõdesid, mis on füüsika mõistmiseks ülioluline. Rihmarattasüsteemide tähtsus on kaasaegse tööstuse arenguks hädavajalik ja seda kasutatakse väga sageli. Füüsikarihma kasutatakse rihmaga käitatavate generaatorite ja generaatorite jaoks.
Rihmaga ajamiga generaator koosneb kahest pöörlevast rihmarattast, mis pöörlevad kahe erineva pöörlemiskiiruse juures, mida kasutatakse seadmete toiteks loodusõnnetuse korral või üldiseks elektrivajaduseks. Rihmarattaid kasutatakse tööstuses generaatoritega töötamisel varundamiseks.
Rihmarattaprobleemid mehaanikas tekivad kõikjal alates koormuste arvutamisest projekteerimisel või ehitamisel ning sisse liftid rihma pinge arvutamiseks, tõstes rihmarattaga rasket eset, nii et rihm seda ei tee murda. Rihmarattasüsteemi ei kasutata ainult füüsika probleemides, mida tänapäevases maailmas kasutatakse väga paljude rakenduste jaoks.