Шкивы в повседневной жизни
Колодцы, лифты, строительные площадки, тренажеры и генераторы с ременным приводом - все это области применения, в которых шкивы используются в качестве основной функции оборудования.
В лифте используются противовесы со шкивами, чтобы обеспечить подъемную систему для тяжелых предметов. Генераторы с ременным приводом используются для обеспечения резервного питания современных приложений, таких как производственные предприятия. На военных базах используются генераторы с ременным приводом, чтобы обеспечивать станцию электроэнергией в случае конфликта.
Военные используют генераторы для подачи энергии на военные базы, когда нет внешнего источника питания. Применение генераторов с ременным приводом огромно. Шкивы также используются для подъема громоздких объектов в строительстве, таких как человек, моющий окна в очень высоком здании или даже подъем очень тяжелых предметов, используемых в строительстве.
Механика генераторов с ременным приводом
Ременные генераторы приводятся в действие двумя разными шкивами, которые вращаются с двумя различными оборотами в минуту, что означает, сколько оборотов шкив может совершить за минуту.
Причина, по которой шкивы вращаются с двумя разными оборотами в минуту, заключается в том, что это влияет на период или время, необходимое шкивам для завершения одного вращения или цикла. Период и частота имеют обратную зависимость, то есть период влияет на частоту, а частота влияет на период.
Частота - это важное понятие, которое необходимо понимать при питании определенных приложений, а частота измеряется в герцах. Генераторы переменного тока также являются еще одной формой генератора с приводом от шкива, который используется для подзарядки аккумуляторов в транспортных средствах, которые используются сегодня.
Многие типы генераторов используют переменный ток, а некоторые - постоянный. Первый генератор постоянного тока был построен Майклом Фарадеем, который показал, что и электричество, и магнетизм представляют собой единую силу, называемую электромагнитной силой.
Задачи шкивов в механике
Системы шкивов используются в задачах механики в физике. Лучший способ решить проблемы шкива в механике - использовать второй закон движения Ньютона и понять третий и первый законы движения Ньютона.
Второй закон Ньютона гласит:
F = ma
Где,Fдля чистой силы, которая представляет собой векторную сумму всех сил, действующих на объект. m - это масса объекта, которая является скалярной величиной, означающей, что масса имеет только величину. Ускорение придает второму закону Ньютона его векторное свойство.
В приведенных примерах проблем системы шкивов потребуется знакомство с алгебраической заменой.
Самая простая в использовании система шкивов - это первичныйМашина Этвудас помощью алгебраической подстановки. Шкивные системы обычно представляют собой системы с постоянным ускорением. Машина Этвуда представляет собой систему с одним шкивом, к которой прикреплены два груза, по одному на каждой стороне шкива. Задачи, касающиеся машины Этвуда, состоят из двух гирь одинаковой массы и двух гирь неравномерной массы.
Если машина Этвуда состоит из одного груза весом 50 кг слева от шкива и груза весом 100 кг справа от шкива, каково ускорение системы?
Для начала нарисуйте схему свободного тела всех сил, действующих на систему, включая натяжение.
Объект справа от шкива
м_1 г-Т = м_1 а
Где T - натяжение, а g - ускорение свободного падения.
Объект слева от шкива
Если натяжение увеличивается в положительном направлении, значит, натяжение положительное, по часовой стрелке (в зависимости от) по сравнению с вращением по часовой стрелке. Если вес тянет вниз в отрицательном направлении, значит, вес отрицательный, против часовой стрелки (противоположно) по отношению к вращению по часовой стрелке.
Следовательно, применяя второй закон движения Ньютона:
Напряжение положительное, Вт или м2g отрицателен следующим образом
Т-м_2 г = м_2 а
Устраните напряжение.
Т = m_2 г + m_2 а
Подставляем в уравнение первого объекта.
\ 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 {выровнено}
Вставьте 50 кг для второй массы и 100 кг для первой массы.
\ 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 \ конец {выровнено}
Графический анализ динамики шкивной системы
Если система шкивов была выпущена из состояния покоя с двумя неравными массами и была изображена на графике зависимости скорости от времени, она создаст линейную модель, что означает, что она будет образовывать не параболическую кривую, а диагональную прямую линию, начинающуюся от источник.
Наклон этого графика приведет к ускорению. Если бы система была построена на графике положения в зависимости от времени, она создала бы параболическую кривую, начиная с начала координат, если бы она была реализована из состояния покоя. Наклон графика этой системы будет давать скорость, то есть скорость изменяется во время движения системы шкивов.
Системы шкивов и силы трения
Ашкивная система с трениемпредставляет собой систему, которая взаимодействует с некоторой поверхностью, имеющей сопротивление, замедляя работу системы шкивов из-за сил трения. В этом случае поверхность стола представляет собой форму сопротивления, взаимодействующего с системой шкивов, замедляя работу системы.
Следующий пример проблемы - это система шкивов, на которую действуют силы трения. Сила трения в данном случае - это поверхность стола, взаимодействующая с деревянным бруском.
Блок 50 кг опирается на стол с коэффициентом трения между блоком и столом 0,3 на левой стороне шкива. Второй блок висит с правой стороны шкива и имеет массу 100 кг. Какое ускорение системы?
Чтобы решить эту проблему, необходимо применить третий и второй законы движения Ньютона.
Начните с рисования схемы свободного тела.
Рассматривайте эту проблему как одномерную, а не двумерную.
Сила трения потянет влево от объекта на одно противоположное движение. Сила тяжести будет тянуть прямо вниз, а нормальная сила будет тянуть в направлении, противоположном силе тяжести, равной по величине. Натяжение будет тянуться вправо в направлении шкива по часовой стрелке.
Второй объект, представляющий собой подвешенную массу справа от шкива, будет иметь натяжение, увеличивающееся против часовой стрелки, и силу тяжести, тянущее вниз по часовой стрелке.
Если сила противодействует движению, она будет отрицательной, а если сила движется, она будет положительной.
Затем начните с вычисления векторной суммы всех сил, действующих на первый объект, лежащий на столе.
Нормальная сила и сила тяжести уравновешиваются согласно третьему закону движения Ньютона.
F_k = \ mu_k F_n
Где Fk - сила кинетического трения, то есть движущиеся объекты, а uk - коэффициент трения, а Fn - нормальная сила, действующая перпендикулярно поверхности, на которой находится объект.
Нормальная сила будет равна по величине силе тяжести, поэтому, следовательно,
F_n = мг
Где Fп - нормальная сила, m - масса, а g - ускорение свободного падения.
Примените второй закон движения Ньютона к объекту, находящемуся слева от шкива.
F_ {net} = ma
Трение противодействует движению. Напряжение движется вместе с движением, поэтому, следовательно,
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Затем найдите векторную сумму всех сил, действующих на второй объект, которая является просто силой сила тяжести тянет прямо вниз с движением и натяжением, противоположным движению против часовой стрелки направление.
Так что,
F_g-T = m_2a
Решите относительно натяжения с помощью первого выведенного уравнения.
Т = \ mu_k F_n + m_1a
Подставим уравнение натяжения во второе уравнение, поэтому, следовательно,
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Затем решите для ускорения.
\ 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 { выровнен}
Вставьте значения.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ text {м / с} ^ 2
Системы шкивов
Шкивные системы используются в повседневной жизни, от генераторов до подъема тяжелых предметов. Самое главное, шкивы обучают основам механики, которые жизненно важны для понимания физики. Системы шкивов имеют большое значение для развития современной промышленности и широко используются. Шкив физики используется для генераторов с ременным приводом и генераторов переменного тока.
Генератор с ременным приводом состоит из двух вращающихся шкивов, которые вращаются с двумя разными оборотами в минуту, которые используются для питания оборудования в случае стихийного бедствия или для общих потребностей в электроэнергии. Шкивы используются в промышленности при работе с генераторами для резервного питания.
Проблемы со шкивом в механике возникают повсюду: от расчета нагрузок при проектировании или строительстве до подъемники для расчета натяжения ремня, поднимающего тяжелый предмет с помощью шкива, чтобы ремень не перерыв. Шкивные системы используются не только в физических задачах, но и сегодня в современном мире используются во множестве приложений.