학생들이 뉴턴의 운동 제 2 법칙, 에너지 보존 법칙, 물리학 작업의 정의에 대한 이해를 테스트하기 위해 풀리로 몇 가지 흥미로운 상황을 설정할 수 있습니다. 특히 무거운 물건을 들기 위해 기계 공장에서 사용되는 일반적인 도구 인 차동 풀리라고하는 상황에서 특히 유익한 상황을 찾을 수 있습니다.
기계적 장점
레버와 마찬가지로 하중을 들어 올리는 거리에 비해 힘이 가해지는 거리를 늘리면 기계적 이점 또는 레버리지가 증가합니다. 두 개의 풀리 블록이 사용된다고 가정합니다. 하나는 하중에 연결됩니다. 하나는 지지대 위에 부착됩니다. 하중을 X 단위로 들어 올리려면 하단 풀리 블록도 X 단위로 올려야합니다. 위의 풀리 블록은 위아래로 움직이지 않습니다. 따라서 두 개의 풀리 블록 사이의 거리는 X 단위를 줄여야합니다. 두 풀리 블록 사이에있는 선의 길이는 각각 X 단위를 줄여야합니다. 이러한 선이 Y 개 있으면 풀러는 XY 단위를 당겨서 부하 X 단위를 들어야합니다. 따라서 필요한 힘은 하중 무게의 1 / Y 배입니다. 기계적 이점은 Y: 1이라고합니다.
에너지 보존 법칙
이러한 활용은 에너지 보존 법칙의 결과입니다. 일은 에너지의 한 형태라는 것을 상기하십시오. 작업이란 물리 정의를 의미합니다. 하중에 적용된 힘 곱하기 힘에 의해 하중이 이동하는 거리입니다. 따라서 하중이 Z 뉴턴 인 경우 X 단위를 들어 올리는 데 걸리는 에너지는 풀러가 수행 한 작업과 같아야합니다. 즉, ZX는 XY (풀러에 의해 적용되는 힘)와 같아야합니다. 따라서 풀러가 적용하는 힘은 Z / Y입니다.
차동 풀리
선을 연속 루프로 만들고 지지대에 매달린 블록에는 다른 하나보다 약간 작은 두 개의 풀리가 있습니다. 또한 블록에있는 두 개의 풀리가 함께 회전하도록 부착되어 있다고 가정합니다. 풀리의 반지름을 "R"및 "r"이라고 부르십시오. 여기서 R> r입니다.
풀러가 고정 풀리를 한 번 회전 할 수있을만큼 충분한 라인을 잡아 당기면 2πR의 라인을 빼낸 것입니다. 큰 도르래는 하중을 지탱하는 데 2πR의 라인을 차지합니다. 작은 도르래가 같은 방향으로 회전하여 2πr의 라인을 부하로 보냅니다. 따라서 부하는 2πR-2πr 상승합니다. 기계적 이점은 당기는 거리를 들어 올린 거리 또는 2πR / (2πR-2πr) = R / (R-r)로 나눈 것입니다. 반경이 2 % 만 다를 경우 기계적 이점은 무려 50 대 1입니다.
이러한 풀리를 차동 풀리라고합니다. 자동차 수리점의 일반적인 고정 장치입니다. 풀러가 당기는 선이 하중을 유지하는 동안 느슨해 질 수 있다는 흥미로운 속성이 있습니다. 항상 충분한 마찰이 있기 때문에 두 도르래의 반대되는 힘이 선회.
뉴턴의 제 2 법칙
두 개의 블록이 연결되어 있고 하나는 M1이라고 부르고 도르래에 매달려 있다고 가정합니다. 얼마나 빨리 가속할까요? 뉴턴의 제 2 법칙은 힘과 가속도에 관련됩니다: F = ma. 두 블록의 질량이 알려져 있습니다 (M1 + M2). 가속을 알 수 없습니다. 힘은 중력 M1에서: F = ma = M1g, 여기서 g는 지구 표면에서의 중력 가속도입니다.
M1과 M2는 함께 가속된다는 점을 명심하십시오. 가속도 a를 찾는 것은 이제 공식 F = ma: M1g = (M1 + M2) a로 대체하는 문제입니다. 물론, M2와 테이블 사이의 마찰이 F = M1g가 반대해야하는 힘 중 하나라면, 가속도 a가 해결되기 전에 힘은 방정식의 오른쪽에 쉽게 추가됩니다. 에 대한.
더 많은 행잉 블록
두 블록이 모두 매달려 있으면 어떻게됩니까? 그러면 방정식의 왼쪽에는 하나가 아닌 두 개의 덧셈이 있습니다. 더 가벼운 것은 결과적인 힘의 반대 방향으로 이동할 것입니다. 더 큰 질량이 2- 질량 시스템의 방향을 결정하기 때문입니다. 따라서 더 작은 질량에 가해지는 중력을 빼야합니다. M2> M1이라고 가정합니다. 그런 다음 위의 왼쪽이 M1g에서 M2g-M1g로 변경됩니다. 오른손은 동일하게 유지됩니다: (M1 + M2) a. 가속도 a는 산술적으로 간단하게 해결됩니다.
