Voit laskea hihnapyöräjärjestelmien voiman ja toiminnan soveltamalla Newtonin liikelakeja. Toinen laki toimii voimalla ja kiihdytyksellä; kolmas laki osoittaa voimien suunnan ja kuinka jännitysvoima tasapainottaa painovoimaa.
Hihnapyörät: Ylä- ja alamäet
Hihnapyörä on asennettu pyörivä pyörä, jolla on kaareva kupera vanne köydellä, hihnalla tai ketjulla, joka voi liikkua pyörän reunaa pitkin muuttaa vetovoiman suuntaa. Se muuttaa tai vähentää raskaiden esineiden, kuten automoottoreiden ja hissien, siirtämiseen tarvittavaa vaivaa. Peruspyöräjärjestelmässä on esine, joka on kytketty toiseen päähän, kun taas ohjaava voima, kuten henkilön lihaksista tai moottorista, vetää toisesta päästä. Atwood-hihnapyöräjärjestelmässä taljaköyden molemmat päät on liitetty esineisiin. Jos kahdella esineellä on sama paino, hihnapyörä ei liiku; pieni hinaaja kummallakin puolella liikuttaa niitä kuitenkin yhteen tai toiseen suuntaan. Jos kuormat ovat erilaiset, painavampi kiihtyy alaspäin, kun taas kevyempi kuorma kiihtyy ylöspäin.
Peruspyöräjärjestelmä
Newtonin toinen laki, F (voima) = M (massa) x A (kiihtyvyys), olettaa, että hihnapyörällä ei ole kitkaa, ja jätät huomioimatta hihnapyörän massan. Newtonin kolmas laki sanoo, että jokaiselle toiminnalle on sama ja vastakkainen reaktio, joten kokonaisvoima F: n F-arvo on yhtä suuri kuin köyden voima tai T (kireys) + G (painovoima), joka vetää ladata. Peruspyöräjärjestelmässä, jos käytät voimaa, joka on suurempi kuin massa, massa kiihtyy ylöspäin, jolloin F on negatiivinen. Jos massa kiihtyy alaspäin, F on positiivinen.
Laske köyden jännitys seuraavalla yhtälöllä: T = M x A. Neljäs esimerkki, jos yrität löytää T: n peruspyöräjärjestelmästä, jonka 9 g: n massa kiihtyy ylöspäin nopeudella 2 m / s², T = 9 g x 2 m / s² = 18 gm / s² tai 18 N (newtonit).
Laske painovoiman aiheuttama voima hihnapyöräjärjestelmään seuraavalla yhtälöllä: G = M x n (gravitaatiokiihtyvyys). Painovoiman kiihtyvyys on vakio, joka on 9,8 m / s². Massa M = 9g, joten G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2 gm / s² tai 88,2 newtonia.
Lisää juuri laskemasi jännitys ja painovoima alkuperäiseen yhtälöön: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. Voima on negatiivinen, koska hihnapyöräjärjestelmän esine kiihtyy ylöspäin. Voiman negatiivi siirretään liuokseen, joten F = -106,2N.
Atwood-hihnapyöräjärjestelmä
Yhtälöt, F (1) = T (1) - G (1) ja F (2) = -T (2) + G (2), olettavat, että hihnapyörällä ei ole kitkaa tai massaa. Se olettaa myös, että massa kaksi on suurempi kuin massa yksi. Muussa tapauksessa vaihda yhtälöitä.
Laske hihnapyöräjärjestelmän molemmin puolin oleva jännitys laskimen avulla seuraavien yhtälöiden ratkaisemiseksi: T (1) = M (1) x A (1) ja T (2) = M (2) x A (2). Esimerkiksi ensimmäisen kohteen massa on 3g, toisen esineen massa on 6g ja köyden molemmilla puolilla on sama kiihtyvyys kuin 6,6m / s². Tässä tapauksessa T (1) = 3g x 6,6m / s2 = 19,8N ja T (2) = 6g x 6,6m / s2 = 39,6N.
Laske painovoiman aiheuttama voima hihnapyöräjärjestelmään seuraavalla yhtälöllä: G (1) = M (1) x n ja G (2) = M (2) x n. Gravitaatiokiihtyvyys n on vakio, joka on 9,8 m / s². Jos ensimmäinen massa M (1) = 3g ja toinen massa M (2) = 6g, niin G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N ja G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Lisää molemmille kohteille aiemmin lasketut jännitteet ja painovoimat alkuperäisiin yhtälöihin. Ensimmäiselle kohteelle F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N ja toiselle objektille F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Tosiasia, että toisen kohteen voima on suurempi kuin ensimmäinen esine ja että ensimmäisen voima objekti on negatiivinen osoittaa, että ensimmäinen esine kiihtyy ylöspäin toisen kohteen liikkuessa alaspäin.
Tarvittavat asiat
- Laskin
- Hihnapyöräjärjestelmässä käytettyjen esineiden tai esineiden paino