Možete izračunati silu i djelovanje sustava remenica primjenom Newtonovih zakona gibanja. Drugi zakon djeluje snagom i ubrzanjem; treći zakon ukazuje na smjer sila i na to kako sila napetosti uravnotežuje silu gravitacije.
Koloturi: Usponi i padovi
Kolotur je montirani rotirajući kotač koji ima zakrivljeni konveksni rub s užetom, remenom ili lancem koji se može kretati duž ruba kotača kako bi promijenio smjer vučne sile. Modificira ili smanjuje napor potreban za pomicanje teških predmeta poput automobilskih motora i dizala. Osnovni sustav remenica ima predmet povezan s jednim krajem, dok upravljačka sila, poput mišića ili motora neke osobe, povlači s drugog kraja. Atwoodov sistem remenica ima oba kraja užeta remenice spojena na predmete. Ako dva predmeta imaju istu težinu, remenica se neće pomicati; međutim, mali tegljač s obje strane pomaknut će ih u jednom ili drugom smjeru. Ako su opterećenja različita, teže će ubrzati dolje, dok se lakše opterećenje ubrzava.
Osnovni sustav remenica
Newtonov drugi zakon, F (sila) = M (masa) x A (ubrzanje) pretpostavlja da remenica nema trenje i da zanemarite masu remenice. Treći Newtonov zakon kaže da za svako djelovanje postoji jednaka i suprotna reakcija, dakle ukupna sila sustava F jednaka će sili užeta ili T (napetost) + G (sila gravitacije) koja vuče na opterećenje. Ako u osnovnom sustavu remenice djelujete silom većom od mase, vaša će se masa ubrzati, što će uzrokovati negativnost F. Ako se masa ubrzava, F je pozitivan.
Izračunajte napetost užeta pomoću sljedeće jednadžbe: T = M x A. Četiri primjera, ako pokušavate pronaći T u osnovnom sustavu remenice s priključenom masom od 9g ubrzavajući prema gore pri 2m / s², tada je T = 9g x 2m / s² = 18gm / s² ili 18N (njutni).
Izračunajte silu uzrokovanu gravitacijom na osnovnom sustavu remenica koristeći sljedeću jednadžbu: G = M x n (gravitacijsko ubrzanje). Gravitacijsko ubrzanje konstanta je jednaka 9,8 m / s². Masa M = 9g, dakle G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2gm / s², odnosno 88,2 njutna.
U originalnu jednadžbu umetnite napetost i gravitacijsku silu koju ste upravo izračunali: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. Sila je negativna jer se objekt u sustavu remenica ubrzava prema gore. Negativ sile premješten je u otopinu pa je F = -106,2N.
Sustav remenice Atwood
Jednadžbe, F (1) = T (1) - G (1) i F (2) = -T (2) + G (2), pretpostavljaju da remenica nema trenje ili masu. Također se pretpostavlja da je masa dva veća od mase jedan. U suprotnom, promijenite jednadžbe.
Izračunajte napetost s obje strane sustava remenica pomoću kalkulatora da biste riješili sljedeće jednadžbe: T (1) = M (1) x A (1) i T (2) = M (2) x A (2). Na primjer, masa prvog predmeta jednaka je 3g, masa drugog predmeta jednaka je 6g, a obje strane užeta imaju isto ubrzanje jednako 6,6 m / s². U ovom slučaju, T (1) = 3 g x 6,6 m / s² = 19,8 N i T (2) = 6 g x 6,6 m / s² = 39,6 N.
Izračunajte silu uzrokovanu gravitacijom na osnovnom sustavu remenica pomoću sljedeće jednadžbe: G (1) = M (1) x n i G (2) = M (2) x n. Gravitacijsko ubrzanje n konstanta je jednaka 9,8 m / s². Ako je prva masa M (1) = 3g, a druga masa M (2) = 6g, tada je G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N i G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
U izvorne jednadžbe umetnite napetosti i gravitacijske sile prethodno izračunate za oba predmeta. Za prvi objekt F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, a za drugi objekt F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Činjenica da je sila drugog predmeta veća od prvog predmeta i da je sila prvog objekt je negativan pokazuje da se prvi objekt ubrzava prema gore dok se drugi objekt kreće prema dolje.
Stvari koje ćete trebati
- Kalkulator
- Težina predmeta ili predmeta koji se koriste u sustavu remenica