Jermenice v vsakdanjem življenju
Vodnjaki, dvigala, gradbišča, vadbeni stroji in generatorji s pogonom na jermen so vse aplikacije, ki uporabljajo jermenice kot osnovno funkcijo strojev.
Dvigalo uporablja protiuteži z jermenicami za dvigovanje težkih predmetov. Jermenski generatorji se uporabljajo za zagotavljanje rezervne moči sodobnim aplikacijam, kot je tovarna. Vojaške baze uporabljajo pasovne generatorje za oskrbo postaje z električno energijo v primeru konflikta.
Vojska uporablja generatorje za oskrbo z vojaškimi bazami, kadar ni zunanjega napajanja. Uporabe jermenskih generatorjev je ogromno. Škripci se uporabljajo tudi za dviganje okornih predmetov v gradbeništvu, kot je čiščenje oken na zelo visoki zgradbi ali celo dviganje zelo težkih predmetov, ki se uporabljajo v gradbeništvu.
Mehanika za jermenskimi generatorji
Generatorje jermenov poganjata dve različni jermenici, ki se premikata z dvema različnima vrtljajema na minuto, kar pomeni, koliko vrtljajev lahko škripec opravi v minuti.
Razlog, zakaj se jermenice vrtijo pri dveh različnih vrtljajih, je, da vpliva na obdobje ali čas, ko traja, da je treba jermenice zaključiti eno vrtenje ali cikel. Obdobje in frekvenca imata obratno razmerje, kar pomeni, da obdobje vpliva na frekvenco, frekvenca pa na obdobje.
Frekvenca je bistven koncept, ki ga je treba razumeti pri napajanju določenih aplikacij, frekvenca pa se meri v hercih. Alternatorji so tudi druga oblika generatorja, ki ga poganja jermenica in se uporablja za polnjenje akumulatorjev v današnjih vozilih.
Mnoge vrste generatorjev uporabljajo izmenični tok, nekatere pa enosmerni tok. Prvi generator enosmernega toka je zgradil Michael Faraday, ki je pokazal, da sta elektrika in magnetizem enotna sila, imenovana elektromagnetna sila.
Težave s jermenicami v mehaniki
Sistemi jermenic se uporabljajo pri mehaničnih problemih v fiziki. Najboljši način za reševanje težav z jermenicami v mehaniki je uporaba Newtonovega drugega zakona gibanja in razumevanje Newtonovega tretjega in prvega zakona gibanja.
Newtonov drugi zakon določa:
F = ma
Kje,Fje za neto silo, ki je vektorska vsota vseh sil, ki delujejo na objekt. m je masa predmeta, kar je skalarna količina, kar pomeni, da ima masa samo velikost. Pospešek daje Newtonovemu drugemu zakonu vektorsko lastnost.
V danih primerih težav s sistemom jermenic bo potrebno poznavanje algebraične substitucije.
Najenostavnejši sistem za reševanje jermenic je primarniAtwoodov strojz uporabo algebrske substitucije. Sistemi jermenic so običajno sistemi s stalnim pospeševanjem. Atwoodov stroj je sistem enojnih jermenic z dvema utežema, pritrjenima z eno utežjo na vsaki strani jermenice. Težave v zvezi z Atwoodovim strojem so sestavljene iz dveh uteži enake mase in dveh uteži neenakomernih mas.
Če je stroj Atwooda sestavljen iz ene 50-kilogramske uteži levo od jermenice in 100-kilogramske uteži desno od jermenice, kakšen je pospešek sistema?
Za začetek narišite prost telesni diagram vseh sil, ki delujejo na sistem, vključno z napetostjo.
Objekt desno od jermenice
m_1 g-T = m_1 a
Kjer je T napetost, g pa pospešek zaradi gravitacije.
Predmet levo od jermenice
Če napetost vleče navzgor v pozitivno smer, je napetost pozitivna v smeri urinega kazalca (gre s) glede na vrtenje v smeri urnega kazalca. Če utež vleče navzdol v negativni smeri, je zato utež negativna, v nasprotni smeri urnega kazalca (v nasprotni smeri vrtenja v smeri urnega kazalca).
Zato uporaba Newtonovega drugega zakona gibanja:
Napetost je pozitivna, W ali m2g je negativno, kot sledi
T-m_2 g = m_2 a
Rešite napetost.
T = m_2 g + m_2 a
Nadomestite v enačbo prvega predmeta.
\ start {poravnano} & 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 \ konec {poravnano}
Priključite 50 kilogramov za drugo maso in 100 kg za prvo maso
\ začeti {poravnano} a & = \ frac {m_1-m_2} {m_2 + m_1} g \\ & = \ frac {100-50} {50 + 100} 9,8 \\ & = 3.27 \ text {m / s} ^ 2 \ konec {poravnano}
Grafična analiza dinamike sistema jermenic
Če je bil sistem škripcev sproščen iz mirovanja z dvema neenakomernima masama in je bil graficiran na grafu hitrosti v primerjavi s časom, bi ustvaril linearni model, kar pomeni, da ne bi tvoril parabolične krivulje, temveč diagonalno ravno črto, ki se začne od porekla.
Naklon tega grafa bi povzročil pospešek. Če bi sistem narisali na grafu položaja in časa, bi ustvaril parabolično krivuljo, ki se začne od začetka, če bi bila realizirana iz mirovanja. Naklon grafa tega sistema bi ustvaril hitrost, kar pomeni, da se hitrost spreminja med gibanjem sistema škripcev.
Sistemi jermenic in sile trenja
Asistem jermenic s trenjemje sistem, ki komunicira z neko površino, ki ima upor, in upočasni sistem jermenic zaradi sil trenja. V tem primeru je površina mize oblika odpornosti, ki deluje s sistemom jermenic in upočasni sistem.
Naslednji primer problema je sistem jermenic s silami trenja, ki delujejo na sistem. Torna sila je v tem primeru površina mize v interakciji z lesnim blokom.
50-kilogramski blok leži na mizi s koeficientom trenja med blokom in mizo 0,3 na levi strani jermenice. Drugi blok je obešen na desni strani jermenice in ima maso 100 kg. Kakšen je pospešek sistema?
Za rešitev tega problema je treba uporabiti Newtonov tretji in drugi zakon gibanja.
Začnite z risanjem prostega diagrama telesa.
Ta problem obravnavajte kot enodimenzionalen in ne dvodimenzionalen.
Sila trenja bo potegnila levo od predmeta eno nasprotno gibanje. Sila gravitacije se bo potegnila neposredno navzdol, normalna sila pa bo potegnila v nasprotni smeri gravitacijske sile, enake velikosti. Napetost se bo potegnila v desno v smeri jermenice v smeri urnega kazalca.
Pri predmetu dva, ki je viseča masa desno od jermenice, se napetost potegne v nasprotni smeri urnega kazalca, sila gravitacije pa v smeri urnega kazalca.
Če sila nasprotuje gibanju, bo negativna, če gre s premikom, pa pozitivna.
Nato začnite z izračunom vektorske vsote vseh sil, ki delujejo na prvi objekt, ki leži na mizi.
Normalna sila in sila gravitacije izgineta po Newtonovem tretjem zakonu gibanja.
F_k = \ mu_k F_n
Kjer je Fk je sila kinetičnega trenja, kar pomeni predmete v gibanju in uk je koeficient trenja in Fn normalna sila, ki deluje pravokotno na površino, na kateri počiva predmet.
Normalna sila bo po velikosti enaka sili gravitacije, zato je torej
F_n = mg
Kjer je Fn je normalna sila in m masa in g pospešek zaradi gravitacije.
Uporabite Newtonov drugi zakon gibanja za objekt ena na levi strani jermenice.
F_ {neto} = ma
Trenje nasprotuje gibanju napetosti, ki poteka z gibanjem, zato
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Nato poiščite vektorsko vsoto vseh sil, ki delujejo na objekt dva, kar je samo sila gravitacija vleče neposredno navzdol z gibanjem in napetostjo, ki nasprotuje gibanju v nasprotni smeri urnega kazalca smer.
Torej,
F_g-T = m_2a
Rešite napetost s prvo izpeljano enačbo.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Nadomestite enačbo napetosti v drugo enačbo, tako da
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Nato rešite za pospešek.
\ start {poravnano} & 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 { poravnano}
Vstavite vrednosti.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ besedilo {m / s} ^ 2
Sistemi jermenic
Sistemi jermenic se uporabljajo v vsakdanjem življenju, od generatorjev do dvigovanja težkih predmetov. Najpomembneje pa je, da škripci poučujejo osnove mehanike, kar je ključnega pomena za razumevanje fizike. Pomen sistemov jermenic je bistvenega pomena za razvoj sodobne industrije in se zelo pogosto uporablja. Fizična jermenica se uporablja za jermenske generatorje in alternatorje.
Jermenski generator je sestavljen iz dveh vrtljivih jermenic, ki se vrtita pri dveh različnih vrtljajih, ki se uporabljata za napajanje opreme v primeru naravne katastrofe ali za splošne potrebe po električni energiji. Škripci se uporabljajo v industriji pri delu z generatorji za rezervno moč.
Težave s jermenicami v mehaniki se pojavljajo povsod pri izračunu obremenitev pri projektiranju ali gradnji in vgradnji dvigala za izračun napetosti v pasu dvigovanje težkega predmeta s škripcem, tako da jermen ne odmor. Sistem jermenic se ne uporablja le pri fizikalnih problemih, temveč jih danes v sodobnem svetu uporabljajo za veliko število aplikacij.