Vous pouvez calculer la force et l'action des systèmes de poulies en appliquant les lois du mouvement de Newton. La deuxième loi fonctionne avec la force et l'accélération; la troisième loi indique la direction des forces et comment la force de tension équilibre la force de gravité.
Poulies: les hauts et les bas
Une poulie est une roue rotative montée qui a une jante convexe incurvée avec une corde, une courroie ou une chaîne qui peut se déplacer le long de la jante de la roue pour changer la direction d'une force de traction. Il modifie ou réduit l'effort nécessaire pour déplacer des objets lourds tels que les moteurs d'automobiles et les ascenseurs. Un système de poulie de base a un objet connecté à une extrémité tandis qu'une force de contrôle, telle que les muscles d'une personne ou un moteur, tire de l'autre extrémité. Un système de poulie Atwood a les deux extrémités de la corde de poulie connectées à des objets. Si les deux objets ont le même poids, la poulie ne bougera pas; cependant, un petit remorqueur de chaque côté les déplacera dans un sens ou dans l'autre. Si les charges sont différentes, la plus lourde accélérera vers le bas tandis que la charge la plus légère accélérera vers le haut.
Système de poulie de base
La deuxième loi de Newton, F (force) = M (masse) x A (accélération) suppose que la poulie n'a pas de friction et vous ignorez la masse de la poulie. La troisième loi de Newton dit que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée, donc la force totale du système F sera égal à la force dans la corde ou T (tension) + G (force de gravité) tirant à la charge. Dans un système de poulie de base, si vous exercez une force supérieure à la masse, votre masse accélérera, rendant le F négatif. Si la masse accélère vers le bas, F est positif.
Calculez la tension de la corde à l'aide de l'équation suivante: T = M x A. Quatre exemples, si vous essayez de trouver T dans un système de poulie de base avec une masse attachée de 9g accélérant vers le haut à 2m/s² alors T = 9g x 2m/s² = 18gm/s² ou 18N (newtons).
Calculez la force causée par la gravité sur le système de poulie de base en utilisant l'équation suivante: G = M x n (accélération gravitationnelle). L'accélération gravitationnelle est une constante égale à 9,8 m/s². La masse M = 9g, donc G = 9g x 9,8 m/s² = 88,2gm/s², soit 88,2 newtons.
Insérez la tension et la force gravitationnelle que vous venez de calculer dans l'équation d'origine: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. La force est négative car l'objet dans le système de poulie accélère vers le haut. Le négatif de la force est déplacé vers la solution donc F= -106.2N.
Système de poulie Atwood
Les équations, F(1) = T(1) - G(1) et F(2) = -T(2)+ G(2), supposent que la poulie n'a ni frottement ni masse. Il suppose également que la masse deux est supérieure à la masse un. Sinon, inversez les équations.
Calculez la tension des deux côtés du système de poulie à l'aide d'une calculatrice pour résoudre les équations suivantes: T(1) = M(1) x A(1) et T(2) = M(2) x A(2). Par exemple, la masse du premier objet est égale à 3g, la masse du deuxième objet est égale à 6g et les deux côtés de la corde ont la même accélération égale à 6,6m/s². Dans ce cas, T(1) = 3g x 6,6m/s² = 19,8N et T(2) = 6g x 6,6m/s² = 39,6N.
Calculez la force causée par la gravité sur le système de poulie de base en utilisant l'équation suivante: G(1) = M(1) x n et G(2) = M(2) x n. L'accélération gravitationnelle n est une constante égale à 9,8 m/s². Si la première masse M(1) = 3g et la deuxième masse M(2) = 6g, alors G(1) = 3g x 9,8 m/s² = 29,4N et G(2) = 6g x 9,8 m/s² = 58,8 N.
Insérez les tensions et les forces gravitationnelles précédemment calculées pour les deux objets dans les équations d'origine. Pour le premier objet F(1) = T(1) - G(1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, et pour le deuxième objet F(2) = -T(2) + G(2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Le fait que la force du deuxième objet est supérieure à celle du premier objet et que la force du premier l'objet est négatif montre que le premier objet accélère vers le haut tandis que le deuxième objet se déplace vers le bas.
Choses dont vous aurez besoin
- Calculatrice
- Poids de l'objet ou des objets utilisés dans le système de poulie