Poulies dans la vie de tous les jours
Les puits, les ascenseurs, les chantiers de construction, les appareils d'exercice et les génératrices entraînées par courroie sont autant d'applications qui utilisent des poulies comme fonction de base de la machinerie.
Un ascenseur utilise des contrepoids avec des poulies pour fournir un système de levage pour les objets lourds. Les générateurs entraînés par courroie sont utilisés pour fournir une alimentation de secours aux applications modernes telles qu'une usine de fabrication. Les bases militaires utilisent des génératrices entraînées par courroie pour fournir de l'électricité à la station en cas de conflit.
L'armée utilise des générateurs pour alimenter les bases militaires lorsqu'il n'y a pas d'alimentation externe. Les applications des générateurs à courroie sont énormes. Les poulies sont également utilisées pour soulever des objets encombrants dans la construction, comme un être humain nettoyant les vitres d'un très grand bâtiment ou même soulever des objets très lourds utilisés dans la construction.
Mécanique derrière les générateurs entraînés par courroie
Les générateurs à courroie sont alimentés par deux poulies différentes se déplaçant à deux tours par minute différents, ce qui signifie combien de tours une poulie peut effectuer en une minute.
La raison pour laquelle les poulies tournent à deux tours par minute différents est que cela affecte la période ou le temps nécessaire aux poulies pour effectuer une rotation ou un cycle. La période et la fréquence ont une relation inverse, ce qui signifie que la période affecte la fréquence et que la fréquence affecte la période.
La fréquence est un concept essentiel à comprendre lors de l'alimentation d'applications spécifiques, et la fréquence est mesurée en hertz. Les alternateurs sont également une autre forme de générateur entraîné par poulie qui est utilisé pour recharger la batterie dans les véhicules qui sont conduits aujourd'hui.
De nombreux types de générateurs utilisent du courant alternatif et certains utilisent du courant continu. Le premier générateur de courant continu a été construit par Michael Faraday qui a montré que l'électricité et le magnétisme sont une force unifiée appelée force électromagnétique.
Problèmes de poulie en mécanique
Les systèmes de poulies sont utilisés dans les problèmes de mécanique en physique. La meilleure façon de résoudre les problèmes de poulies en mécanique est d'utiliser la deuxième loi du mouvement de Newton et de comprendre les troisième et première lois du mouvement de Newton.
La deuxième loi de Newton énonce :
F=ma
Où,Fest pour la force nette, qui est la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur l'objet. m est la masse de l'objet, qui est une quantité scalaire, ce qui signifie que la masse n'a qu'une magnitude. L'accélération donne à la deuxième loi de Newton sa propriété vectorielle.
Dans les exemples donnés de problèmes de système de poulie, une familiarité avec la substitution algébrique sera requise.
Le système de poulie le plus simple à résoudre est unLa machine d'Atwooden utilisant la substitution algébrique. Les systèmes de poulies sont généralement des systèmes à accélération constante. Une machine Atwood est un système à poulie unique avec deux poids attachés avec un poids de chaque côté de la poulie. Les problèmes concernant une machine Atwood consistent en deux poids de masse égale et deux poids de masses inégales.
Si une machine Atwood se compose d'un poids de 50 kg à gauche de la poulie et d'un poids de 100 kg à droite de la poulie, quelle est l'accélération du système ?
Pour commencer, dessinez un diagramme de corps libre de toutes les forces agissant sur le système, y compris la tension.
Objet à droite de la poulie
m_1 g-T=m_1 a
Où T est pour la tension et g est l'accélération due à la gravité.
Objet à gauche de la poulie
Si la tension monte dans le sens positif, la tension est donc positive, dans le sens des aiguilles d'une montre (avec) par rapport à une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Si le poids tire vers le bas dans le sens négatif, le poids est donc négatif, dans le sens antihoraire (opposé) par rapport à une rotation dans le sens horaire.
Par conséquent, en appliquant la deuxième loi du mouvement de Newton :
La tension est positive, W ou m2g est négatif comme suit
T-m_2 g=m_2 a
Résoudre les tensions.
T=m_2 g+m_2 a
Substituer dans l'équation du premier objet.
\begin{aligné} &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{aligné}
Branchez 50 kilogrammes pour la deuxième masse et 100 kg pour la première masse
\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{aligné}
Analyse graphique de la dynamique d'un système de poulie
Si le système de poulie a été libéré du repos avec deux masses inégales et a été représenté graphiquement sur un graphique de vitesse en fonction du temps, il produirait un modèle linéaire, c'est-à-dire qu'il ne formerait pas une courbe parabolique mais une droite diagonale partant de la origine.
La pente de ce graphique produirait une accélération. Si le système était représenté graphiquement sur un graphique de position en fonction du temps, il produirait une courbe parabolique à partir de l'origine si elle était réalisée à partir du repos. La pente du graphique de ce système produirait la vitesse, ce qui signifie que la vitesse varie tout au long du mouvement du système de poulie.
Systèmes de poulies et forces de friction
UNEsystème de poulie à frictionest un système qui interagit avec une surface résistante, ralentissant le système de poulie en raison des forces de friction. Dans ce cas, la surface de la table est la forme de résistance interagissant avec le système de poulie, ralentissant le système.
L'exemple de problème suivant est un système de poulie avec des forces de friction agissant sur le système. La force de frottement dans ce cas est la surface de la table interagissant avec le bloc de bois.
Un bloc de 50 kg repose sur une table avec un coefficient de friction entre le bloc et la table de 0,3 sur le côté gauche de la poulie. Le deuxième bloc est suspendu du côté droit de la poulie et a une masse de 100 kg. Quelle est l'accélération du système ?
Pour résoudre ce problème, les troisième et deuxième lois du mouvement de Newton doivent être appliquées.
Commencez par dessiner un diagramme de corps libre.
Traitez ce problème comme unidimensionnel et non bidimensionnel.
La force de friction tirera vers la gauche de l'objet un mouvement opposé. La force de gravité tirera directement vers le bas, et la force normale tirera dans la direction opposée de la force de gravité d'amplitude égale. La tension tirera vers la droite dans le sens de la poulie dans le sens des aiguilles d'une montre.
L'objet deux, qui est la masse suspendue à droite de la poulie, aura la tension dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et la force de gravité dans le sens des aiguilles d'une montre.
Si la force s'oppose au mouvement, elle sera négative, et si la force accompagne le mouvement, elle sera positive.
Ensuite, commencez par calculer la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur le premier objet posé sur la table.
La force normale et la force de gravité s'annulent selon la troisième loi du mouvement de Newton.
F_k=\mu_k F_n
Où Fk est la force de friction cinétique, c'est-à-dire les objets en mouvement et uk est le coefficient de frottement et Fn est la force normale perpendiculaire à la surface sur laquelle repose l'objet.
La force normale va être égale en amplitude à la force de gravité, donc, par conséquent,
F_n=mg
Où Fm est la force normale et m est la masse et g est l'accélération due à la gravité.
Appliquer la deuxième loi du mouvement de Newton pour l'objet un à gauche de la poulie.
F_{net}=ma
La friction s'oppose au mouvement la tension va avec un mouvement donc, par conséquent,
-\mu_k F_n+T=m_1a
Ensuite, trouvez la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur l'objet deux, qui est juste la force de gravité tirant directement vers le bas avec un mouvement et une tension s'opposant au mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre direction.
Ainsi donc,
F_g-T=m_2a
Résoudre la tension avec la première équation qui a été dérivée.
T=\mu_k F_n+m_1a
Remplacez l'équation de tension dans la deuxième équation donc, par conséquent,
F_g-\mu_k F_n-m_1a=m_2a
Ensuite, résolvez l'accélération.
\begin{aligned} &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{ aligné}
Plugin les valeurs.
a=9.81\frac{100-0.3(50)}{100+50}=5.56\text{ m/s}^2
Systèmes de poulie
Les systèmes de poulies sont utilisés dans la vie quotidienne, des générateurs au levage d'objets lourds. Plus important encore, les poulies enseignent les bases de la mécanique, ce qui est essentiel pour comprendre la physique. L'importance des systèmes de poulies est essentielle pour le développement de l'industrie moderne et est très couramment utilisée. Une poulie de physique est utilisée pour les générateurs et les alternateurs entraînés par courroie.
Une génératrice entraînée par courroie se compose de deux poulies rotatives qui tournent à deux régimes différents, qui sont utilisées pour alimenter l'équipement en cas de catastrophe naturelle ou pour les besoins généraux en énergie. Les poulies sont utilisées dans l'industrie lorsque l'on travaille avec des générateurs pour l'alimentation de secours.
Les problèmes de poulie en mécanique surviennent partout, du calcul des charges lors de la conception ou de la construction et dans ascenseurs pour calculer la tension de la courroie soulever un objet lourd avec une poulie afin que la courroie ne Pause. Le système de poulie n'est pas seulement utilisé dans les problèmes de physique, il est utilisé dans le monde moderne aujourd'hui pour une grande quantité d'applications.