Hihnapyörät jokapäiväisessä elämässä
Kaivot, hissit, rakennustyömaat, kuntolaitteet ja hihnakäyttöiset generaattorit ovat kaikki sovelluksia, joissa hihnapyörät ovat koneen perustoimintoja.
Hissi käyttää vastapainoja hihnapyörillä tarjotakseen nostojärjestelmän raskaille esineille. Hihnakäyttöisiä generaattoreita käytetään varavoiman tuottamiseen nykypäivän sovelluksiin, kuten valmistustehtaaseen. Sotilastukikohdat käyttävät hihnakäyttöisiä generaattoreita virran toimittamiseksi asemalle konfliktien sattuessa.
Armeija käyttää generaattoreita toimittamaan virtaa sotilastukikohtiin, kun ulkoista virtalähdettä ei ole. Hihnakäyttöisten generaattoreiden sovellukset ovat valtavat. Hihnapyöriä käytetään myös hankalien esineiden nostamiseen rakentamisessa, kuten ihminen, joka puhdistaa ikkunoita erittäin korkeassa rakennuksessa tai jopa nostaa erittäin raskaita esineitä, joita käytetään rakennuksessa.
Mekaniikka hihnavetoisten generaattoreiden takana
Hihnageneraattoreissa on kaksi eri hihnapyörää, jotka liikkuvat kahdella eri kierroksella minuutissa, mikä tarkoittaa, kuinka monta kierrosta hihnapyörä voi suorittaa minuutissa.
Syy, miksi hihnapyörät pyörivät kahdella eri kierrosluvulla, on se, että se vaikuttaa jaksoon tai aikaan, jonka hihnapyörät vievät yhden kierroksen tai jakson suorittamiseen. Jaksolla ja taajuudella on käänteinen suhde, eli jakso vaikuttaa taajuuteen ja taajuus vaikuttaa jaksoon.
Taajuus on olennainen käsite, joka on ymmärrettävä tiettyjä sovelluksia käytettäessä, ja taajuus mitataan herteinä. Laturit ovat myös toinen muoto hihnapyöräkäyttöisestä generaattorista, jota käytetään lataamaan akut nykypäivän ajoneuvoissa.
Monen tyyppiset generaattorit käyttävät vaihtovirtaa ja jotkut tasavirtaa. Ensimmäisen tasavirran generaattorin rakensi Michael Faraday, joka osoitti, että sekä sähkö että magneetti ovat yhtenäinen voima, jota kutsutaan sähkömagneettiseksi voimaksi.
Taljaongelmat mekaniikassa
Taljajärjestelmiä käytetään fysiikan mekaniikkaongelmissa. Paras tapa ratkaista hihnapyörän ongelmat mekaniikassa on käyttää Newtonin toista liikelakia ja ymmärtää Newtonin kolmas ja ensimmäinen liikelaki.
Newtonin toinen laki sanoo:
F = ma
Missä,Fon nettovoimalle, joka on kaikkien esineeseen vaikuttavien voimien vektorisumma. m on kohteen massa, joka on skalaarinen määrä, mikä tarkoittaa, että massalla on vain suuruus. Kiihtyvyys antaa Newtonin toiselle laille sen vektorivastaavuuden.
Annetuissa esimerkeissä hihnapyöräjärjestelmäongelmista vaaditaan algebrallisen korvaamisen tuntemusta.
Yksinkertaisin ratkaistava hihnapyöräjärjestelmä on ensisijainenAtwoodin konekäyttämällä algebrallista korvaamista. Taljajärjestelmät ovat yleensä vakiokiihdytysjärjestelmiä. Atwoodin kone on yksi hihnapyöräjärjestelmä, jossa on kaksi painoa kiinnitettynä yhdellä painolla hihnapyörän kummallakin puolella. Atwoodin koneeseen liittyvät ongelmat koostuvat kahdesta saman massan painosta ja kahdesta epätasaisen massan painosta.
Jos Atwoodin kone koostuu yhdestä 50 kilogramman painosta hihnapyörän vasemmalla puolella ja 100 kilogramman painosta hihnapyörän oikealla puolella, mikä on järjestelmän kiihtyvyys?
Aloita piirtämällä vapaa runkokaavio kaikista järjestelmään vaikuttavista voimista, mukaan lukien jännitys.
Kohde hihnapyörän oikealla puolella
m_1 g-T = m_1 a
Missä T on jännitys ja g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys.
Kohde hihnapyörän vasemmalla puolella
Jos jännitys on nousemassa positiiviseen suuntaan, jännitys on siis positiivinen myötäpäivään (menee mukana) myötäpäivään. Jos paino vetää alas negatiiviseen suuntaan, paino on siis negatiivinen, vastapäivään (vastakkaiseen suuntaan) myötäpäivään.
Siksi Newtonsin toisen liikelain soveltaminen:
Jännitys on positiivinen, W tai m2g on negatiivinen seuraavasti
T-m_2 g = m_2 a
Ratkaise jännitys.
T = m_2 g + m_2 a
Korvaa ensimmäisen objektin yhtälössä.
\ aloita {tasattu} & 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 \ loppu {tasattu}
Liitä 50 kiloa toiseen massaan ja 100 kg ensimmäiseen massaan
\ aloita {tasattu} a & = \ frac {m_1-m_2} {m_2 + m_1} g \\ & = \ frac {100-50} {50 + 100} 9,8 \\ & = 3,27 \ teksti {m / s} ^ 2 \ loppu {tasattu}
Hihnapyöräjärjestelmän dynaamisen graafinen analyysi
Jos hihnapyöräjärjestelmä vapautettiin lepotilasta kahdella eriarvoisella massalla ja se piirrettiin nopeus / aika-käyrällä, se tuottaisi lineaarisen mallin, mikä tarkoittaa, että se ei muodosta parabolista käyrää vaan diagonaalisen suoran linjan, joka alkaa alkuperää.
Tämän kaavion kaltevuus tuottaisi kiihtyvyyttä. Jos järjestelmä olisi graafinen sijaintikuvaajasta, se tuottaisi parabolisen käyrän aloituskohdasta alkaen, jos se toteutuisi lepotilasta. Tämän järjestelmän kuvaajan kaltevuus tuottaisi nopeuden, mikä tarkoittaa, että nopeus vaihtelee hihnapyöräjärjestelmän liikkeessä.
Taljajärjestelmät ja kitkavoimat
Ahihnapyöräjärjestelmä kitkaaon järjestelmä, joka on vuorovaikutuksessa jonkin pinnan kanssa, jolla on vastus, mikä hidastaa hihnapyöräjärjestelmää kitkavoimien takia. Tällöin pöydän pinta on hihnapyöräjärjestelmän kanssa vuorovaikutuksessa olevan vastuksen muoto, joka hidastaa järjestelmää.
Seuraava ongelma on hihnapyöräjärjestelmä, jossa järjestelmään vaikuttaa kitkavoimat. Kitkavoima on tässä tapauksessa pöydän pinta, joka on vuorovaikutuksessa puulohkon kanssa.
50 kg: n lohko lepää pöydällä, jossa lohkon ja 0,3: n välinen kitkakerroin on hihnapyörän vasemmalla puolella. Toinen lohko roikkuu hihnapyörän oikealla puolella ja sen massa on 100 kg. Mikä on järjestelmän kiihtyvyys?
Tämän ongelman ratkaisemiseksi on sovellettava Newtonin kolmatta ja toista liikelakia.
Aloita piirtämällä vapaa runkokaavio.
Käsittele tätä ongelmaa yksiulotteisena, ei kaksiulotteisena.
Kitkavoima vetää kohteen vasemmalle puolelle yhden vastakkaisen liikkeen. Painovoima vetää suoraan alas, ja normaali voima vetää vastakkaiseen suuntaan painovoimaa yhtä suuruusluokkaa. Jännitys vetää oikealle hihnapyörän suuntaan myötäpäivään.
Esineellä 2, joka on hihnapyörän oikealla puolella oleva riippuva massa, jännitys vetää ylöspäin vastapäivään ja painovoima vetää alas myötäpäivään.
Jos voima vastustaa liikettä, se on negatiivinen, ja jos voima menee liikkeellä, se on positiivinen.
Aloita sitten laskemalla kaikkien ensimmäiseen pöydälle lepäävään esineeseen vaikuttavien voimien vektorisumma.
Normaali voima ja painovoima poistuvat Newtonin kolmannen liikelain mukaan.
F_k = \ mu_k F_n
Missä Fk on kineettisen kitkan voima, mikä tarkoittaa liikkuvia esineitä ja uk on kitkakerroin ja Fn on normaali voima, joka kulkee kohtisuorassa pintaan, jolla esine lepää.
Normaali voima tulee olemaan yhtä suuri kuin painovoima, joten siksi
F_n = mg
Missä Fn on normaali voima ja m on massa ja g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys.
Käytä Newtonin toista liikelakia objektille, joka on hihnapyörän vasemmalla puolella.
F_ {net} = ma
Kitka vastustaa liikkeen jännitystä menee liikkeellä, joten siksi
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Etsi seuraavaksi kaikkien esineeseen 2 vaikuttavien voimien vektorisumma, joka on vain painovoima vetämällä suoraan alas liikkeellä ja jännityksellä vastakkaiseen liikkeeseen vastapäivään suunta.
Joten siis
F_g-T = m_2a
Ratkaise jännitys ensimmäisellä johdetulla yhtälöllä.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Korvaa jännitysyhtälö toiseen yhtälöön, joten
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Sitten ratkaise kiihtyvyys.
\ Aloita {tasattu} & 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} \ loppu { tasattu}
Liitä arvot.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ teksti {m / s} ^ 2
Taljajärjestelmät
Taljajärjestelmiä käytetään jokapäiväisessä elämässä generaattoreista raskaiden esineiden nostamiseen. Mikä tärkeintä, hihnapyörät opettavat mekaniikan perusteet, mikä on elintärkeää fysiikan ymmärtämiselle. Taljajärjestelmien merkitys on välttämätöntä modernin teollisuuden kehitykselle, ja sitä käytetään hyvin yleisesti. Fysiikan hihnapyörää käytetään hihnakäyttöisiin generaattoreihin ja latureihin.
Hihnakäyttöinen generaattori koostuu kahdesta pyörivästä hihnapyörästä, jotka pyörivät kahdella eri kierrosluvulla ja joita käytetään laitteiden virranottamiseen luonnonkatastrofin yhteydessä tai yleisiin virtatarpeisiin. Hihnapyöriä käytetään teollisuudessa työskenneltäessä generaattoreiden kanssa varavoiman saamiseksi.
Mekaniikan taljaongelmia esiintyy kaikkialla kuormien laskemisesta suunnittelussa tai rakennuksessa ja sisään hissit laskemaan hihnan jännitys nostamalla raskas esine hihnapyörällä niin, että hihna ei tauko. Hihnapyöräjärjestelmää ei käytetä pelkästään fysiikan ongelmissa, ja sitä käytetään nykymaailmassa nykyään suuressa määrässä sovelluksia.