Scripete în viața de zi cu zi
Sonde, ascensoare, șantiere, mașini de exerciții și generatoare cu curea sunt toate aplicații care utilizează scripeți ca funcție de bază a utilajului.
Un lift utilizează contragreutăți cu scripeți pentru a oferi un sistem de ridicare pentru obiecte grele. Generatoarele cu curea sunt utilizate pentru a furniza energie de rezervă aplicațiilor moderne, cum ar fi o fabrică de fabricație. Bazele militare folosesc generatoare acționate de centură pentru a furniza energie stației atunci când există un conflict.
Militarii folosesc generatoare pentru a furniza energie bazelor militare atunci când nu există o sursă de alimentare externă. Aplicațiile generatoarelor cu curea sunt enorme. Scripetele sunt, de asemenea, utilizate pentru ridicarea obiectelor greoaie în construcții, cum ar fi o ființă umană care curăță ferestrele de pe o clădire foarte înaltă sau chiar ridică obiecte foarte grele folosite în construcții.
Mecanica din spatele generatoarelor acționate de centură
Generatoarele de curea sunt alimentate de două scripete diferite care se mișcă la două rotații diferite pe minut, ceea ce înseamnă câte rotații poate realiza o scripete într-un minut.
Motivul pentru care scripetele se rotesc la două RPM-uri diferite este acela că afectează perioada sau timpul necesar scripetelor pentru a finaliza o rotație sau ciclu. Perioada și frecvența au o relație inversă, adică perioada afectează frecvența, iar frecvența afectează perioada.
Frecvența este un concept esențial de înțeles atunci când alimentați aplicații specifice, iar frecvența este măsurată în hertz. Alternatoarele sunt, de asemenea, o altă formă de generator alimentat de scripete, care este folosit pentru a reîncărca bateriile în vehiculele care sunt conduse astăzi.
Multe tipuri de generatoare utilizează curent alternativ, iar unele folosesc curent continuu. Primul generator de curent continuu a fost construit de Michael Faraday, care a arătat că atât electricitatea, cât și magnetismul sunt o forță unificată numită forță electromagnetică.
Probleme cu scripetele în mecanică
Sistemele de scripete sunt utilizate în probleme de mecanică în fizică. Cel mai bun mod de a rezolva problemele scripetelor în mecanică este prin utilizarea celei de-a doua legi a mișcării Newton și înțelegerea celei de-a treia și prima legi a mișcării.
A doua lege a lui Newton prevede:
F = ma
Unde,Feste pentru forța netă, care este suma vectorială a tuturor forțelor care acționează asupra obiectului. m este masa obiectului, care este o cantitate scalară, adică masa are doar magnitudine. Accelerarea conferă celei de-a doua legi a lui Newton proprietatea vectorială.
În exemplele date de probleme ale sistemului de scripete, va fi necesară familiarizarea cu substituția algebrică.
Cel mai simplu sistem de scripete de rezolvat este unul primarMașina lui Atwoodfolosind substituția algebrică. Sistemele de scripete sunt de obicei sisteme de accelerație constantă. Mașina Atwood este un sistem de scripete cu două greutăți atașate cu o greutate pe fiecare parte a scripetei. Problemele legate de mașina lui Atwood constau în două greutăți de masă egală și două greutăți de mase inegale.
Dacă o mașină Atwood constă dintr-o greutate de 50 kg în stânga fuliei și o greutate de 100 kg în dreapta fuliei, care este accelerația sistemului?
Pentru început, desenați o diagramă liberă a corpului cu toate forțele care acționează asupra sistemului, inclusiv tensiunea.
Obiectează în dreapta fuliei
m_1 g-T = m_1 a
Unde T este pentru tensiune și g este accelerația datorată gravitației.
Obiectează în stânga fuliei
Dacă tensiunea se ridică în direcția pozitivă, tensiunea este pozitivă, în sensul acelor de ceasornic (mergând cu) în raport cu o rotație în sensul acelor de ceasornic. Dacă greutatea trage în jos în direcția negativă, greutatea este negativă, în sens invers acelor de ceasornic (opus) în raport cu o rotație în sensul acelor de ceasornic.
Prin urmare, aplicând a doua lege a mișcării Newton:
Tensiunea este pozitivă, W sau m2g este negativ după cum urmează
T-m_2 g = m_2 a
Rezolvați tensiunea.
T = m_2 g + m_2 a
Înlocuiți în ecuația primului obiect.
\ begin {align} & 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 {align}
Conectați 50 de kilograme pentru a doua masă și 100 kg pentru prima masă
\ begin {align} 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 {align}
Analiza grafică a dinamicii unui sistem de scripete
Dacă sistemul de scripete a fost eliberat din repaus cu două mase inegale și a fost reprezentat pe un grafic viteză versus timp, ar produce un model liniar, ceea ce înseamnă că nu ar forma o curbă parabolică, ci o linie dreaptă diagonală care începe de la origine.
Panta acestui grafic ar produce accelerație. Dacă sistemul ar fi grafic pe o poziție în funcție de timp, ar produce o curbă parabolică pornind de la origine dacă ar fi realizat din repaus. Panta graficului acestui sistem ar produce viteza, ceea ce înseamnă că viteza variază de-a lungul mișcării sistemului fuliei.
Sisteme de scripete și forțe de frecare
Asistem de scripete cu frecareeste un sistem care interacționează cu o anumită suprafață care are rezistență, încetinind sistemul scripetelor din cauza forțelor de frecare. În aceste cazuri suprafața mesei este forma de rezistență care interacționează cu sistemul de scripete, încetinind sistemul.
Următorul exemplu de problemă este un sistem de scripete cu forțe de frecare care acționează asupra sistemului. Forța de frecare în acest caz este suprafața mesei care interacționează cu blocul de lemn.
Un bloc de 50 kg se sprijină pe o masă cu un coeficient de frecare între bloc și masa de 0,3 pe partea stângă a scripetei. Al doilea bloc este atârnat pe partea dreaptă a fuliei și are o masă de 100 kg. Care este accelerarea sistemului?
Pentru a rezolva această problemă, trebuie aplicate a treia și a doua lege a mișcării lui Newton.
Începeți prin a desena o diagramă a corpului liberă.
Tratați această problemă ca pe o dimensiune, nu pe două dimensiuni.
Forța de frecare va trage la stânga obiectului o mișcare opusă. Forța gravitațională va trage direct în jos, iar forța normală va trage în direcția opusă forței gravitaționale egale în mărime. Tensiunea va trage spre dreapta în direcția fuliei în sensul acelor de ceasornic.
Obiectul doi, care este masa atârnată în dreapta fuliei, va avea tensiunea care se ridică în sens invers acelor de ceasornic și forța gravitațională care trage în jos în sensul acelor de ceasornic.
Dacă forța se opune mișcării, aceasta va fi negativă, iar dacă forța merge cu mișcarea, va fi pozitivă.
Apoi, începeți prin calcularea sumei vectoriale a tuturor forțelor care acționează asupra primului obiect care se află pe masă.
Forța normală și forța gravitațională se anulează conform celei de-a treia legi a mișcării lui Newton.
F_k = \ mu_k F_n
Unde Fk este forța de frecare cinetică, adică obiectele în mișcare și uk este coeficientul de frecare și Fn este forța normală care se desfășoară perpendicular pe suprafața pe care se sprijină obiectul.
Forța normală va fi egală în mărime cu forța gravitațională, deci, prin urmare,
F_n = mg
Unde Fn este forța normală și m este masa și g este accelerația datorată gravitației.
Aplicați a doua lege a mișcării lui Newton pentru obiectul unu din stânga fuliei.
F_ {net} = ma
Fricțiunea se opune tensiunii mișcării se întâmplă cu o mișcare, deci, prin urmare,
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Apoi, găsiți suma vectorială a tuturor forțelor care acționează asupra obiectului doi, care este doar forța lui gravitația trăgând direct în jos cu mișcare și tensiune opunându-se mișcării în sens invers acelor de ceasornic direcţie.
Astfel prin urmare,
F_g-T = m_2a
Rezolvați tensiunea cu prima ecuație care a fost derivată.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Înlocuiți ecuația tensiunii în a doua ecuație, astfel încât,
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Apoi rezolvați accelerația.
\ begin {align} & 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 { aliniat}
Conectați valorile.
a = 9.81 \ frac {100-0.3 (50)} {100 + 50} = 5.56 \ text {m / s} ^ 2
Sisteme de scripete
Sistemele de scripete sunt utilizate în viața de zi cu zi, de la generatoare până la ridicarea obiectelor grele. Cel mai important, scripetele învață elementele de bază ale mecanicii, care este vitală pentru înțelegerea fizicii. Importanța sistemelor de scripete este esențială pentru dezvoltarea industriei moderne și este foarte frecvent utilizată. O scripete fizică este utilizată pentru generatoarele și alternatoarele acționate de curea.
Un generator acționat prin curea constă din două scripeți rotative care se rotesc la două RPM-uri diferite, care sunt utilizate pentru alimentarea echipamentelor în caz de dezastru natural sau pentru necesități generale de energie. Scripetele sunt folosite în industrie atunci când se lucrează cu generatoare pentru energie de rezervă.
Problemele scripetelor în mecanică apar peste tot de la calcularea sarcinilor la proiectare sau construcție și în interior ascensoare pentru a calcula tensiunea din centură ridicând un obiect greu cu un scripete, astfel încât centura să nu o facă pauză. Sistemul de scripete nu este utilizat doar în probleme de fizică, ci este utilizat în lumea modernă de astăzi pentru o cantitate vastă de aplicații.