プーリーシステムの物理学

井戸、エレベータ、建設現場、運動機械、ベルト駆動の発電機はすべて、機械の基本機能として滑車を使用するアプリケーションです。

エレベータは、滑車付きのカウンターウェイトを使用して、重い物体のリフトシステムを提供します。 ベルト駆動の発電機は、製造工場などの現代のアプリケーションにバックアップ電力を提供するために使用されます。 軍事基地は、紛争が発生したときにベルト駆動の発電機を使用してステーションに電力を供給します。

軍は、外部電源がない場合、発電機を使用して軍事基地に電力を供給します。 ベルト駆動の発電機の用途は膨大です。 滑車は、人間が非常に高い建物の窓を掃除したり、建設で使用される非常に重い物体を持ち上げたりするなど、建設中の厄介な物体を持ち上げるためにも使用されます。

ベルトジェネレーターは、毎分2回転で動く2つの異なるプーリーによって駆動されます。これは、プーリーが1分間に何回転できるかを意味します。

プーリーが2つの異なるRPMで回転する理由は、プーリーが1つの回転またはサイクルを完了するのにかかる期間または時間に影響を与えるためです。 周期と周波数は反比例の関係にあります。つまり、周期は周波数に影響し、周波数は周期に影響します。

周波数は、特定のアプリケーションに電力を供給するときに理解するために不可欠な概念であり、周波数はヘルツで測定されます。 オルタネーターは、今日運転されている車両のバッテリーを再充電するために使用されるプーリー駆動の発電機の別の形式でもあります。

多くの種類の発電機は交流を使用し、一部は直流を使用します。 最初の直流発電機はマイケルファラデーによって建てられ、電気と磁気の両方が電磁力と呼ばれる統一された力であることを示しました。

プーリーシステムは、物理学の力学問題で使用されます。 力学における滑車の問題を解決する最良の方法は、ニュートンの第2運動法則を利用し、ニュートンの第3および第1運動法則を理解することです。

ニュートンの第2法則は、次のように述べています。

どこ、Fは正味の力であり、オブジェクトに作用するすべての力のベクトル和です。 mはオブジェクトの質量であり、質量が大きさのみを持つことを意味するスカラー量です。 加速はニュートンの第2法則にそのベクトル特性を与えます。

プーリーシステムの問題の例では、代数的置換に精通している必要があります。

解決する最も簡単なプーリーシステムはプライマリですアトウッドの器械代数置換を使用します。 プーリーシステムは通常、一定の加速システムです。 アトウッドの器械は、プーリーの両側に1つのウェイトが付いた2つのウェイトが取り付けられたシングルプーリーシステムです。 アトウッドの器械に関する問題は、等しい質量の2つの重りと不均一な質量の2つの重りで構成されています。

​アトウッドの器械が滑車の左側にある50kgの重りと、滑車の右側にある100 kgの重りで構成されている場合、システムの加速度はどのくらいですか？​

まず、張力を含む、システムに作用するすべての力の自由体図を描きます。

​滑車の右側のオブジェクト​

ここで、Tは張力を表し、gは重力による加速度です。

​滑車の左側にあるオブジェクト​

張力が正の方向に引き上げられている場合、したがって、張力は、時計回りの回転に対して時計回りに（一緒に）正になります。 重りが負の方向に引き下げられている場合、重りは負であり、時計回りの回転に対して反時計回り（反対）になります。

したがって、ニュートンの第2運動法則を適用します。

張力は正、Wまたはm₂gは次のように負です

緊張を解きます。

最初のオブジェクトの方程式に代入します。

2番目の質量には50kg、最初の質量には100kgを接続します

プーリーシステムが2つの等しくない質量で静止状態から解放され、速度対時間のグラフにグラフ化された場合、 線形モデルを生成します。つまり、放物線ではなく、対角線を形成します。 原点。

このグラフの傾きは加速を生み出します。 システムが位置対時間のグラフでグラフ化された場合、静止状態から実現された場合、原点から始まる放物線が生成されます。 このシステムのグラフの傾きによって速度が生成されます。つまり、速度はプーリーシステムの動作全体で変化します。

A摩擦のあるプーリーシステムは、抵抗のある表面と相互作用し、摩擦力によってプーリーシステムの速度を低下させるシステムです。 この場合、テーブルの表面は滑車システムと相互作用する抵抗の形であり、システムの速度を低下させます。

次の問題例は、システムに摩擦力が作用するプーリーシステムです。 この場合の摩擦力は、木のブロックと相互作用するテーブルの表面です。

​50 kgのブロックは、滑車の左側にあるブロックとテーブルの間の摩擦係数が0.3のテーブルに載っています。 2番目のブロックは滑車の右側にぶら下がっていて、質量は100kgです。 システムの加速はどのくらいですか？​

この問題を解決するには、ニュートンの第3および第2運動法則を適用する必要があります。

自由体図を描くことから始めます。

この問題を2次元ではなく、1次元として扱います。

摩擦力は、1つの反対の動きでオブジェクトの左側に引っ張られます。 重力は直接下に引っ張られ、法線力は同じ大きさの重力の反対方向に引っ張られます。 張力はプーリーの方向に時計回りに右に引っ張られます。

滑車の右側にある吊り下げ質量であるオブジェクト2は、張力が反時計回りに引き上げられ、重力が時計回りに引き下げられます。

力が運動に対抗している場合、それは負になり、力が運動に伴って進行している場合、それは正になります。

次に、テーブル上にある最初のオブジェクトに作用するすべての力のベクトル和を計算することから始めます。

ニュートンの第3運動法則に従って、法線力と重力が相殺されます。

ここでF_k は動摩擦力であり、運動中の物体とuを意味します。_k は摩擦係数であり、Fnはオブジェクトが静止している表面に垂直に作用する法線力です。

したがって、法線力は重力と同じ大きさになります。

ここでF_n は法線力、mは質量、gは重力による加速度です。

滑車の左側にあるオブジェクト1にニュートンの第2運動法則を適用します。

摩擦は運動に対抗します張力は運動とともに進行するので、したがって

次に、オブジェクト2に作用するすべての力のベクトル和を求めます。これは、 重力が反時計回りの動きに対抗する動きと張力で直接引き下げられる 方向。

したがって、

導出された最初の方程式で張力を解きます。

したがって、張力方程式を2番目の方程式に代入します。

次に、加速を解きます。

値をプラグインします。

プーリーシステムは、発電機から重い物を持ち上げるまで、日常生活で使用されます。 最も重要なことは、滑車が力学の基礎を教えていることです。これは物理学を理解するために不可欠です。 プーリーシステムの重要性は、現代の産業の発展に不可欠であり、非常に一般的に使用されています。 物理プーリーは、ベルト駆動の発電機とオルタネーターに使用されます。

ベルト駆動の発電機は、2つの異なるRPMで回転する2つの回転プーリーで構成されており、自然災害の場合や一般的な電力需要のために機器に電力を供給するために使用されます。 プーリーは、電力をバックアップするために発電機を操作するときに業界で使用されます。

力学におけるプーリーの問題は、設計または構築時の荷重の計算から、 ベルトが動かないように滑車で重い物体を持ち上げるベルトの張力を計算するためのエレベータ ブレーク。 プーリーシステムは、物理学の問題で使用されているだけでなく、現代の世界で膨大な量のアプリケーションに使用されています。