Kladky v každodennom živote
Studne, výťahy, staveniská, cvičebné stroje a generátory poháňané remeňom sú všetko aplikácie, ktoré používajú kladky ako základnú funkciu strojového zariadenia.
Výťah využíva protizávažia s kladkami na zabezpečenie zdvíhacieho systému pre ťažké predmety. Pásové generátory sa používajú na zabezpečenie záložného napájania moderných aplikácií, ako je napríklad výrobný závod. Vojenské základne používajú na napájanie stanice v prípade konfliktu generátory poháňané pásom.
Armáda používa generátory na napájanie vojenských základní, keď nie je k dispozícii žiadny externý zdroj napájania. Aplikácie generátorov poháňaných remeňom sú obrovské. Kladky sa tiež používajú na zdvíhanie ťažkopádnych predmetov v stavbe, napríklad pri čistení okien na veľmi vysokej budove alebo dokonca pri zdvíhaní veľmi ťažkých predmetov používaných pri stavbe.
Mechanika za pásom poháňanými generátormi
Generátory pásov sú poháňané dvoma rôznymi kladkami pohybujúcimi sa pri dvoch rôznych otáčkach za minútu, čo znamená, koľko otáčok dokáže kladka dokončiť za minútu.
Dôvod, prečo sa kladky otáčajú pri dvoch rôznych otáčkach, je ten, že to ovplyvňuje periódu alebo čas, ktorý trvá kladkám na dokončenie jednej rotácie alebo cyklu. Obdobie a frekvencia majú inverzný vzťah, čo znamená, že perióda ovplyvňuje frekvenciu a frekvencia ovplyvňuje periódu.
Frekvencia je základný pojem, ktorý je potrebné pochopiť pri napájaní konkrétnych aplikácií, a frekvencia sa meria v hertzoch. Alternátory sú tiež ďalšou formou generátora poháňaného remenice, ktorý sa používa na dobíjanie batérie vo vozidlách, ktoré sú dnes poháňané.
Mnoho typov generátorov používa striedavý prúd a niektoré používajú jednosmerný prúd. Prvý generátor jednosmerného prúdu zostrojil Michael Faraday, ktorý ukázal, že elektrina aj magnetizmus sú zjednotenou silou nazývanou elektromagnetická sila.
Problémy remenice v mechanike
Kladkové systémy sa používajú pri úlohách mechaniky vo fyzike. Najlepším spôsobom, ako vyriešiť problémy s kladkami v mechanike, je použitie druhého Newtonovho zákona pohybu a porozumenia tretieho a prvého Newtonovho zákona pohybu.
Druhý Newtonov zákon hovorí:
F = ma
Kde,Fje pre čistú silu, ktorá je vektorovým súčtom všetkých síl pôsobiacich na objekt. m je hmotnosť objektu, čo je skalárna veličina, čo znamená, že hmotnosť má iba veľkosť. Zrýchlenie dáva druhému Newtonovmu zákonu jeho vektorovú vlastnosť.
V uvedených príkladoch problémov s kladkovým systémom bude potrebná znalosť algebraickej substitúcie.
Najjednoduchší systém kladiek, ktorý sa dá vyriešiť, je primárnyAtwoodov strojpomocou algebraickej substitúcie. Kladkové systémy sú zvyčajne systémy s konštantnou akceleráciou. Atwoodov stroj je systém s jednou kladkou s dvoma závažiami pripevnenými s jedným závažím na každej strane kladky. Problémy týkajúce sa stroja Atwood pozostávajú z dvoch závaží rovnakej hmotnosti a dvoch závaží nerovnomernej hmotnosti.
Ak sa stroj spoločnosti Atwood skladá z jednej 50 kilogramovej váhy naľavo od kladky a 100 kg závažia napravo od kladky, aké je zrýchlenie systému?
Na začiatok nakreslite voľný diagram tela všetkých síl pôsobiacich na systém vrátane napätia.
Objekt napravo od kladky
m_1 g-T = m_1 a
Kde T je napätie a g je gravitačné zrýchlenie.
Objekt vľavo od kladky
Ak napätie stúpa v kladnom smere, je napätie kladné, v smere hodinových ručičiek (s) vzhľadom na otáčanie v smere hodinových ručičiek. Ak sa váha sťahuje dole v negatívnom smere, je negatívna, proti smeru hodinových ručičiek (proti) proti smeru hodinových ručičiek.
Preto uplatnenie Newtonovho druhého zákona pohybu:
Napätie je kladné, W alebo m2g je záporné nasledovne
T-m_2 g = m_2 a
Vyriešte napätie.
T = m_2 g + m_2 a
Nahraďte do rovnice prvého objektu.
\ begin {aligned} & 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 {zarovnané}
Pripojte 50 kilogramov pre druhú hmotu a 100 kg pre prvú hmotu
\ begin {aligned} 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 {zarovnané}
Grafická analýza dynamiky kladkového systému
Ak bol kladkový systém uvoľnený z pokoja s dvoma nerovnakými hmotnosťami a bol zaznamenaný do grafu závislosti rýchlosti od času, by vytvoril lineárny model, čo znamená, že by netvoril parabolickú krivku, ale diagonálnu priamku vychádzajúcu z pôvodu.
Sklon tohto grafu by spôsobil zrýchlenie. Keby bol systém grafovaný na grafe závislosti polohy od času, vyprodukoval by parabolickú krivku vychádzajúcu z počiatku, ak by bol realizovaný z pokoja. Sklon grafu tohto systému spôsobí rýchlosť, čo znamená, že sa rýchlosť mení v priebehu celého pohybu systému kladky.
Kladkové systémy a trecie sily
Akladkový systém s trenímje systém, ktorý interaguje s určitým povrchom, ktorý má odpor, čím spomaľuje kladkový systém v dôsledku trecích síl. V tomto prípade je povrch stola formou odporu interagujúceho s kladkovým systémom, ktorý spomaľuje systém.
Nasledujúcim príkladom problému je kladkový systém s trecími silami pôsobiacimi na systém. Trecou silou je v tomto prípade povrch stola interagujúci s blokom dreva.
Blok s hmotnosťou 50 kg spočíva na stole s koeficientom trenia medzi blokom a stolom 0,3 na ľavej strane kladky. Druhý blok visí na pravej strane kladky a má hmotnosť 100 kg. Aká je akcelerácia systému?
Na vyriešenie tohto problému je potrebné uplatniť Newtonov tretí a druhý pohybový zákon.
Začnite nakreslením voľného diagramu tela.
Berte tento problém ako jednorozmerný, nie dvojrozmerný.
Sila trenia potiahne vľavo od objektu jeden protichodný pohyb. Tiažová sila bude ťahať priamo nadol a normálna sila bude ťahať v opačnom smere, ako je gravitačná sila rovnakej veľkosti. Napätie sa potiahne doprava v smere remenice v smere hodinových ručičiek.
Objekt dva, čo je závesná hmota napravo od kladky, bude mať ťah ťahajúci sa proti smeru hodinových ručičiek a gravitačná sila sťahujúca sa smerom doprava.
Ak bude sila pôsobiť proti pohybu, bude negatívna a ak bude ísť s pohybom, bude pozitívna.
Potom začnite výpočtom vektorového súčtu všetkých síl pôsobiacich na prvý objekt spočívajúci na stole.
Normálna sila a sila gravitácie sa rušia podľa tretieho Newtonovho zákona pohybu.
F_k = \ mu_k F_n
Kde Fk je sila kinetického trenia, to znamená objekty v pohybe a uk je koeficient trenia a Fn je normálna sila, ktorá pôsobí kolmo na povrch, na ktorom leží predmet.
Normálna sila sa bude rovnať veľkosti gravitačnej sily, takže preto
F_n = mg
Kde Fn je normálna sila am je hmotnosť ag je gravitačné zrýchlenie.
Použite druhý Newtonov pohybový zákon pre objekt jeden naľavo od kladky.
F_ {net} = ma
Trenie je proti pohybovému napätiu, ktoré ide s pohybom, preto
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Ďalej nájdite vektorový súčet všetkých síl pôsobiacich na objekt dva, čo je len sila gravitácia ťahaná priamo nadol s pohybom a napätím proti pohybu v protismere hodinových ručičiek smer.
Takže preto,
F_g-T = m_2a
Vyriešte napätie pomocou prvej odvodenej rovnice.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Nahraďte rovnicu napätia do druhej rovnice, takže
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Potom vyriešte akceleráciu.
\ begin {aligned} & 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} \ koniec { zarovnané}
Doplňte hodnoty.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ text {m / s} ^ 2
Kladkové systémy
Kladkové systémy sa používajú v každodennom živote kdekoľvek od generátorov po zdvíhanie ťažkých predmetov. Najdôležitejšie je, že kladky učia základy mechaniky, ktoré sú nevyhnutné pre pochopenie fyziky. Dôležitosť kladkových systémov je zásadná pre rozvoj moderného priemyslu a je veľmi často používaná. Fyzikálna kladka sa používa pre generátory a alternátory poháňané remeňom.
Generátor poháňaný remeňom sa skladá z dvoch rotujúcich remeníc, ktoré sa otáčajú dvoma rôznymi otáčkami, ktoré sa používajú na pohon zariadení v prípade živelných pohrôm alebo na všeobecné energetické účely. Kladky sa používajú v priemysle pri práci s generátormi na zálohovanie energie.
Problémy s remenicami v mechanike sa vyskytujú všade od výpočtu zaťaženia pri projektovaní alebo stavbe a vo vnútri výťahy k výpočtu napätia v páse, ktorý zdvíha ťažký predmet kladkou, takže pás nie prestávka. Kladkový systém sa nevyužíva iba pri fyzikálnych problémoch, ale v dnešnom modernom svete sa používa pre veľké množstvo aplikácií.