Puteți calcula forța și acțiunea sistemelor de scripete prin aplicarea legilor de mișcare ale lui Newton. A doua lege funcționează cu forță și accelerație; a treia lege indică direcția forțelor și modul în care forța tensiunii echilibrează forța gravitațională.
Scripete: urcușuri și coborâșuri
O scripete este o roată rotativă montată care are o jantă convexă curbată cu o frânghie, curea sau lanț care se poate deplasa de-a lungul jantei roții pentru a schimba direcția unei forțe de tragere. Modifică sau reduce efortul necesar pentru mișcarea obiectelor grele, cum ar fi motoarele și lifturile auto. Un sistem de scripete de bază are un obiect conectat la un capăt în timp ce o forță de control, cum ar fi din mușchii unei persoane sau dintr-un motor, trage de la celălalt capăt. Un sistem de scripete Atwood are ambele capete ale cablului scripetei conectate la obiecte. Dacă cele două obiecte au aceeași greutate, scripetele nu se va mișca; cu toate acestea, un mic remorcher de ambele părți le va muta într-o direcție sau alta. Dacă sarcinile sunt diferite, cea mai grea va accelera în jos, în timp ce sarcina mai ușoară accelerează în sus.
Sistem de scripete de bază
A doua lege a lui Newton, F (forță) = M (masă) x A (accelerație) presupune că fulia nu are frecare și ignori masa fuliei. A treia lege a lui Newton spune că pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă, deci forța totală a sistemului F va fi egal cu forța din frânghie sau T (tensiune) + G (forța de greutate) trăgând la sarcină. Într-un sistem de scripete de bază, dacă exercitați o forță mai mare decât masa, masa dvs. va accelera în sus, determinând F să fie negativ. Dacă masa accelerează în jos, F este pozitiv.
Calculați tensiunea în coardă folosind următoarea ecuație: T = M x A. Patru exemple, dacă încercați să găsiți T într-un sistem de scripete de bază cu o masă atașată de 9g accelerând în sus la 2m / s² atunci T = 9g x 2m / s² = 18gm / s² sau 18N (newtoni)
Calculați forța cauzată de gravitație pe sistemul de scripete de bază folosind următoarea ecuație: G = M x n (accelerație gravitațională). Accelerația gravitațională este o constantă egală cu 9,8 m / s². Masa M = 9g, deci G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2gm / s² sau 88,2 newtoni.
Introduceți tensiunea și forța gravitațională pe care tocmai le-ați calculat în ecuația inițială: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. Forța este negativă deoarece obiectul din sistemul de scripete accelerează în sus. Negativul de la forță este mutat la soluție, astfel încât F = -106.2N.
Sistemul de scripeți Atwood
Ecuațiile, F (1) = T (1) - G (1) și F (2) = -T (2) + G (2), presupun că fulia nu are frecare sau masă. De asemenea, presupune că masa a doua este mai mare decât masa unu. În caz contrar, comutați ecuațiile.
Calculați tensiunea pe ambele părți ale sistemului de scripete folosind un calculator pentru a rezolva următoarele ecuații: T (1) = M (1) x A (1) și T (2) = M (2) x A (2). De exemplu, masa primului obiect este egală cu 3g, masa celui de-al doilea obiect este egală cu 6g și ambele părți ale coardei au aceeași accelerație egală cu 6,6m / s². În acest caz, T (1) = 3g x 6,6m / s² = 19,8N și T (2) = 6g x 6,6m / s² = 39,6N.
Calculați forța cauzată de gravitație pe sistemul de scripete de bază folosind următoarea ecuație: G (1) = M (1) x n și G (2) = M (2) x n. Accelerația gravitațională n este o constantă egală cu 9,8 m / s². Dacă prima masă M (1) = 3g și a doua masă M (2) = 6g, atunci G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N și G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Introduceți tensiunile și forțele gravitaționale calculate anterior pentru ambele obiecte în ecuațiile originale. Pentru primul obiect F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, iar pentru al doilea obiect F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Faptul că forța celui de-al doilea obiect este mai mare decât primul obiect și că forța primului obiectul este negativ arată că primul obiect accelerează în sus în timp ce al doilea obiect se mișcă în jos.
Lucruri de care ai nevoie
- Calculator
- Greutatea obiectului sau obiectelor utilizate în sistemul de scripete