アトウッドの器械の問題を解決する方法

アトウッドの器械の問題には、滑車の反対側に吊るされた紐で接続された2つの重りが関係しています。 簡単にするために、弦と滑車は質量がなく摩擦がないと仮定されているため、問題はニュートンの物理法則の演習になります。 アトウッドの器械の問題を解決するには、重りのシステムの加速度を計算する必要があります。 これは、ニュートンの第2法則を使用して実現されます。力は、質量と加速度の積に等しくなります。 アトウッドの器械の問題の難しさは、弦にかかる張力を決定することにあります。

ウェイトに作用する力を表すウェイトから発する矢印を描画します。 両方の重りには、引き上げる張力「T」と、引き下げる重力があります。 重力は、重りに「g」(9.8に等しい)を掛けた質量(重り1の場合は「m1」、重り2の場合は「m2」と表示)に等しくなります。 したがって、軽いおもりにかかる重力はm1_gであり、重いおもりにかかる力はm2_gです。

軽量化に作用する正味の力を計算します。 正味の力は、反対方向に引っ張られるため、張力から重力を引いたものに等しくなります。 言い換えれば、正味の力=張力-m1 * gです。

より重い重量に作用する正味の力を計算します。 正味の力は、重力から張力を引いたものに等しいため、正味の力= m2 * g-張力。 この側では、張力の方向がプーリーの反対側で反対であるため、張力は、その逆ではなく、質量と重力の積から差し引かれます。 これは、おもりと弦が水平に配置されていることを考えると理にかなっています。張力は反対方向に引っ張られます。

方程式の正味の力を(張力-m1_g)に代入します。正味の力= m1_acceleration(ニュートンの第2法則では、力=質量*加速度; これ以降、加速度には「a」というラベルが付けられます)。 張力-m1_g = m1_a、または張力= m1_g + m1_a。

手順5の張力の式を手順4の式に代入します。 正味の力= m2_g-(m1_g + m1_a)。 ニュートンの第2法則により、正味の力= m2_a。 代入により、m2_a = m2_g-(m1_g + m1_a)。

a_(m1 + m2)=(m2-m1)_gを解くことにより、システムの加速度を求めます。したがって、a =((m2-m1)* g)/(m1 + m2)です。 言い換えると、加速度は2つの質量の差の9.8倍を、2つの質量の合計で割ったものに等しくなります。

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