katrol dalam kehidupan sehari-hari
Sumur, elevator, lokasi konstruksi, mesin latihan, dan generator yang digerakkan oleh sabuk adalah semua aplikasi yang menggunakan katrol sebagai fungsi dasar mesin.
Lift menggunakan pemberat counter dengan katrol untuk menyediakan sistem angkat untuk benda berat. Generator yang digerakkan oleh sabuk digunakan untuk menyediakan daya cadangan untuk aplikasi modern seperti pabrik manufaktur. Pangkalan militer menggunakan generator yang digerakkan oleh sabuk untuk menyediakan daya ke stasiun saat terjadi konflik.
Militer menggunakan generator untuk menyediakan daya ke pangkalan militer ketika tidak ada catu daya eksternal. Aplikasi generator yang digerakkan oleh sabuk sangat besar. Katrol juga digunakan untuk mengangkat benda-benda yang tidak praktis dalam konstruksi, seperti manusia yang sedang membersihkan jendela pada gedung yang sangat tinggi atau bahkan mengangkat benda yang sangat berat yang digunakan dalam konstruksi.
Mekanika Dibalik Generator Berpenggerak Sabuk
Generator sabuk ditenagai oleh dua puli berbeda yang bergerak dengan dua putaran berbeda per menit, yang berarti berapa banyak putaran yang dapat diselesaikan oleh katrol dalam satu menit.
Alasan mengapa katrol berputar pada dua RPM yang berbeda adalah karena hal itu mempengaruhi periode atau waktu yang dibutuhkan katrol untuk menyelesaikan satu putaran atau siklus. Periode dan frekuensi memiliki hubungan terbalik, artinya periode mempengaruhi frekuensi, dan frekuensi mempengaruhi periode.
Frekuensi adalah konsep penting untuk dipahami saat menyalakan aplikasi tertentu, dan frekuensi diukur dalam hertz. Alternator juga merupakan bentuk lain dari generator yang digerakkan oleh katrol yang digunakan untuk mengisi ulang baterai di kendaraan yang digerakkan saat ini.
Banyak jenis generator menggunakan arus bolak-balik dan beberapa menggunakan arus searah. Generator arus searah pertama kali dibuat oleh Michael Faraday yang menunjukkan bahwa baik listrik maupun magnet merupakan satu kesatuan gaya yang disebut gaya elektromagnetik.
Masalah Katrol dalam Mekanika
Sistem katrol digunakan dalam masalah mekanika dalam fisika. Cara terbaik untuk menyelesaikan masalah katrol dalam mekanika adalah dengan memanfaatkan hukum gerak kedua Newton dan memahami hukum gerak ketiga dan pertama Newton.
Hukum kedua Newton menyatakan:
F=ma
Dimana,Fadalah untuk gaya total, yang merupakan jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada objek. m adalah massa benda, yang merupakan besaran skalar yang berarti massa hanya memiliki besar. Percepatan memberikan hukum kedua Newton properti vektornya.
Dalam contoh masalah sistem katrol yang diberikan, keakraban dengan substitusi aljabar akan diperlukan.
Sistem katrol yang paling sederhana untuk dipecahkan adalah yang utamamesin atwoodmenggunakan substitusi aljabar. Sistem katrol biasanya sistem percepatan konstan. Mesin Atwood adalah sistem katrol tunggal dengan dua pemberat terpasang dengan satu pemberat di setiap sisi katrol. Soal tentang mesin Atwood terdiri dari dua bobot dengan massa yang sama dan dua bobot dengan massa yang tidak sama.
Jika sebuah mesin Atwood terdiri dari satu berat 50 kilogram di sebelah kiri katrol dan 100 kg berat di sebelah kanan katrol, berapakah percepatan sistem?
Untuk memulai, gambarlah diagram benda bebas dari semua gaya yang bekerja pada sistem, termasuk tegangan.
Benda di sebelah kanan katrol
m_1 g-T=m_1 a
Dimana T adalah tegangan dan g adalah percepatan gravitasi.
Benda di sebelah kiri katrol
Jika tegangan ditarik ke atas ke arah positif maka tegangannya positif, searah jarum jam (berjalan dengan) sehubungan dengan rotasi searah jarum jam. Jika berat ditarik ke bawah ke arah negatif maka beratnya negatif, berlawanan arah jarum jam (berlawanan) sehubungan dengan rotasi searah jarum jam.
Oleh karena itu menerapkan hukum kedua Newton tentang gerak:
Tegangan positif, W atau m2g negatif sebagai berikut:
T-m_2 g=m_2 a
Memecahkan ketegangan.
T=m_2 g+m_2 a
Substitusikan ke persamaan benda pertama.
\begin{aligned} &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{selaras}
Masukkan 50 kilogram untuk massa kedua dan 100 kg untuk massa pertama
\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{selaras}
Analisis Grafis Dinamis Sistem Katrol
Jika sistem katrol dilepaskan dari keadaan diam dengan dua massa yang tidak sama dan digambarkan pada grafik kecepatan versus waktu, itu akan menghasilkan model linier, artinya tidak akan membentuk kurva parabola melainkan garis lurus diagonal yang dimulai dari asal.
Kemiringan grafik ini akan menghasilkan percepatan. Jika sistem digambarkan pada grafik posisi versus waktu, itu akan menghasilkan kurva parabola mulai dari titik asal jika direalisasikan dari keadaan diam. Kemiringan grafik sistem ini akan menghasilkan kecepatan, artinya kecepatan berubah-ubah sepanjang gerak sistem katrol.
Sistem Katrol dan Gaya Gesekan
SEBUAHsistem katrol dengan gesekanadalah sistem yang berinteraksi dengan beberapa permukaan yang memiliki hambatan, memperlambat sistem katrol karena gaya gesekan. Dalam hal ini permukaan meja adalah bentuk hambatan yang berinteraksi dengan sistem katrol, memperlambat sistem.
Contoh soal berikut adalah sistem katrol dengan gaya gesekan yang bekerja pada sistem. Gaya gesek dalam hal ini adalah permukaan meja yang berinteraksi dengan balok kayu.
Sebuah balok 50 kg terletak di atas meja dengan koefisien gesekan antara balok dan meja 0,3 di sisi kiri katrol. Balok kedua tergantung di sisi kanan katrol dan memiliki massa 100 kg. Berapakah percepatan sistem tersebut?
Untuk mengatasi masalah ini, hukum ketiga dan kedua Newton tentang gerak harus diterapkan.
Mulailah dengan menggambar diagram benda bebas.
Perlakukan masalah ini sebagai satu dimensi, bukan dua dimensi.
Gaya gesekan akan menarik ke kiri benda yang satu gerak berlawanan. Gaya gravitasi akan menarik langsung ke bawah, dan gaya normal akan menarik dalam arah yang berlawanan dengan gaya gravitasi yang sama besarnya. Ketegangan akan menarik ke kanan searah jarum jam.
Benda dua, yang merupakan massa gantung di sebelah kanan katrol, akan mengalami gaya tarik ke atas berlawanan arah jarum jam dan gaya gravitasi ditarik ke bawah searah jarum jam.
Jika gaya melawan gerakan, itu akan menjadi negatif, dan jika gaya mengikuti gerakan, itu akan menjadi positif.
Kemudian, mulailah dengan menghitung jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda pertama yang bertumpu di atas meja.
Gaya normal dan gaya gravitasi saling menghilangkan sesuai dengan hukum ketiga Newton tentang gerak.
F_k=\mu_k F_n
Dimana Fk adalah gaya gesekan kinetis, artinya benda bergerak dan uk adalah koefisien gesekan dan Fn adalah gaya normal yang berjalan tegak lurus terhadap permukaan tempat benda diam.
Gaya normal akan sama besarnya dengan gaya gravitasi, jadi, oleh karena itu,
F_n=mg
Dimana Ftidak adalah gaya normal dan m adalah massa dan g adalah percepatan gravitasi.
Terapkan hukum kedua Newton tentang gerak untuk benda satu di sebelah kiri katrol.
F_{net}=ma
Gesekan melawan tegangan gerak yang terjadi dengan gerak jadi, oleh karena itu,
-\mu_k F_n+T=m_1a
Selanjutnya, cari jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda dua, yang merupakan gaya gravitasi menarik langsung ke bawah dengan gerakan dan ketegangan yang berlawanan dengan gerakan berlawanan arah jarum jam arah.
Jadi, oleh karena itu,
F_g-T=m_2a
Selesaikan tegangan dengan persamaan pertama yang diturunkan.
T=\mu_k F_n+m_1a
Substitusikan persamaan tegangan ke persamaan kedua sehingga,
F_g-\mu_k F_n-m_1a=m_2a
Kemudian selesaikan untuk percepatan.
\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{ sejajar}
Plugin nilai-nilai.
a=9.81\frac{100-0.3(50)}{100+50}=5.56\text{ m/s}^2
Sistem katrol
Sistem katrol digunakan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari generator hingga mengangkat benda berat. Yang terpenting, katrol mengajarkan dasar-dasar mekanika, yang sangat penting untuk memahami fisika. Pentingnya sistem katrol sangat penting untuk pengembangan industri modern dan sangat umum digunakan. Katrol fisika digunakan untuk generator dan alternator yang digerakkan oleh sabuk.
Generator yang digerakkan oleh sabuk terdiri dari dua puli berputar yang berputar pada dua RPM yang berbeda, yang digunakan untuk memberi daya pada peralatan jika terjadi bencana alam atau untuk kebutuhan daya umum. Katrol digunakan dalam industri saat bekerja dengan generator untuk daya cadangan.
Masalah katrol dalam mekanika terjadi di mana-mana mulai dari menghitung beban saat merancang atau membangun dan di elevator untuk menghitung tegangan pada sabuk mengangkat benda berat dengan katrol agar sabuk tidak istirahat. Sistem katrol tidak hanya digunakan dalam masalah fisika tetapi juga digunakan di dunia modern saat ini untuk sejumlah besar aplikasi.