kasnaklar hayatımın her gününde
Kuyular, asansörler, şantiyeler, egzersiz makineleri ve kayış tahrikli jeneratörlerin tümü, makinelerin temel işlevi olarak kasnakları kullanan uygulamalardır.
Bir asansör, ağır nesneler için bir kaldırma sistemi sağlamak için makaralı karşı ağırlıklar kullanır. Kayış tahrikli jeneratörler, üretim fabrikası gibi modern uygulamalara yedek güç sağlamak için kullanılır. Askeri üsler, bir çatışma olduğunda istasyona güç sağlamak için kayış tahrikli jeneratörler kullanır.
Ordu, harici güç kaynağı olmadığında askeri üslere güç sağlamak için jeneratörler kullanır. Kayış tahrikli jeneratörlerin uygulamaları çok büyüktür. Kasnaklar ayrıca, çok yüksek bir binanın camlarını temizleyen bir insan veya hatta inşaatta kullanılan çok ağır nesneleri kaldırmak gibi inşaatta hantal nesneleri kaldırmak için de kullanılır.
Kayış Tahrikli Jeneratörlerin Arkasındaki Mekanik
Kayış jeneratörleri, dakikada iki farklı devirde hareket eden iki farklı kasnak tarafından çalıştırılır; bu, bir kasnağın bir dakikada kaç dönüşü tamamlayabileceği anlamına gelir.
Kasnakların iki farklı RPM'de dönmesinin nedeni, kasnakların bir dönüşü veya çevrimi tamamlaması için geçen süreyi veya süreyi etkilemesidir. Periyot ve frekans ters bir ilişkiye sahiptir, yani periyot frekansı etkiler ve frekans periyodu etkiler.
Frekans, belirli uygulamalara güç verirken anlaşılması gereken temel bir kavramdır ve frekans hertz cinsinden ölçülür. Alternatörler aynı zamanda günümüzde kullanılan araçlarda aküleri şarj etmek için kullanılan kasnak tahrikli bir jeneratörün başka bir şeklidir.
Birçok jeneratör türü alternatif akım kullanır ve bazıları doğru akım kullanır. İlk doğru akım jeneratörü, hem elektrik hem de manyetizmanın elektromanyetik kuvvet adı verilen birleşik bir kuvvet olduğunu gösteren Michael Faraday tarafından yapılmıştır.
Mekanikte Kasnak Problemleri
Fizikte mekanik problemlerde kasnak sistemleri kullanılmaktadır. Mekanikte makara problemlerini çözmenin en iyi yolu Newton'un ikinci hareket yasasını kullanmak ve Newton'un üçüncü ve birinci hareket yasalarını anlamaktır.
Newton'un ikinci yasası şöyle der:
F = anne
Nerede,Fcisme etki eden tüm kuvvetlerin vektör toplamı olan net kuvvet içindir. m, skaler bir nicelik olan nesnenin kütlesidir, yani kütlenin yalnızca büyüklüğü vardır. İvme Newton'un ikinci yasasına vektör özelliğini verir.
Makara sistemi problemlerinin verilen örneklerinde cebirsel ikameye aşinalık gerekli olacaktır.
Çözülmesi en basit makara sistemi, birincilAtwood'un makinesicebirsel ikame kullanarak. Kasnak sistemleri genellikle sabit ivmeli sistemlerdir. Bir Atwood'un makinesi, kasnağın her iki tarafına birer ağırlık eklenmiş iki ağırlığa sahip tek bir kasnak sistemidir. Bir Atwood makinesiyle ilgili problemler, iki eşit kütle ağırlığından ve iki eşit olmayan kütle ağırlığından oluşur.
Bir Atwood'un makinesi, kasnağın solunda 50 kilogram ve kasnağın sağında 100 kg ağırlıktan oluşuyorsa, sistemin ivmesi nedir?
Başlamak için, gerilim dahil sisteme etki eden tüm kuvvetlerin serbest cisim diyagramını çizin.
Kasnağın sağındaki nesne
m_1 g-T=m_1 bir
Burada T gerilim ve g yerçekiminden kaynaklanan ivmedir.
Kasnağın solundaki nesne
Gerilim pozitif yönde yukarı çekiyorsa, bu nedenle gerilim pozitiftir, saat yönünde dönüşe göre saat yönünde (ilerledikçe). Ağırlık negatif yönde aşağı çekiyorsa, bu nedenle ağırlık saat yönünde dönüşe göre saat yönünün tersine (karşıt) negatiftir.
Bu nedenle Newton'un ikinci hareket yasasını uygulayarak:
Gerilim pozitif, W veya m2g aşağıdaki gibi negatiftir
T-m_2 g=m_2 bir
Gerilim için çözün.
T=m_2 g+m_2 bir
İlk nesnenin denkleminde yerine koyun.
\begin{hizalanmış} &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{hizalı}
İkinci kütle için 50 kilogram ve ilk kütle için 100 kg takın
\begin{hizalanmış} 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{hizalanmış}
Bir Kasnak Sisteminin Dinamiğinin Grafiksel Analizi
Makara sistemi iki eşit olmayan kütle ile durgun halden serbest bırakıldıysa ve hız-zaman grafiğinde grafiği çizildiyse, doğrusal bir model üretecektir, yani parabolik bir eğri değil, noktadan başlayarak çapraz bir düz çizgi oluşturacaktır. Menşei.
Bu grafiğin eğimi ivme üretecektir. Sistem bir konum-zaman grafiğinde çizilirse, durağan gerçekleştirilmişse, orijinden başlayarak parabolik bir eğri üretecektir. Bu sistemin grafiğinin eğimi hızı üretecektir, yani hız, makara sisteminin hareketi boyunca değişir.
Kasnak Sistemleri ve Sürtünme Kuvvetleri
birsürtünmeli makara sistemidirence sahip bir yüzeyle etkileşime giren, sürtünme kuvvetleri nedeniyle makara sistemini yavaşlatan bir sistemdir. Bu durumda tablanın yüzeyi, kasnak sistemi ile etkileşen ve sistemi yavaşlatan direnç şeklidir.
Aşağıdaki örnek problem, sisteme etki eden sürtünme kuvvetlerine sahip bir makara sistemidir. Bu durumda sürtünme kuvveti, tahta blok ile etkileşime giren masanın yüzeyidir.
50 kg'lık bir blok, makaranın sol tarafındaki blok ile 0.3'lük masa arasında sürtünme katsayısı olan bir masanın üzerine oturmaktadır. İkinci blok kasnağın sağ tarafında asılıdır ve 100 kg kütleye sahiptir. Sistemin ivmesi nedir?
Bu sorunu çözmek için Newton'un üçüncü ve ikinci hareket yasaları uygulanmalıdır.
Serbest cisim diyagramı çizerek başlayın.
Bu sorunu iki boyutlu değil tek boyutlu olarak ele alın.
Sürtünme kuvveti, cismin bir karşı hareketini soluna çekecektir. Yerçekimi kuvveti doğrudan aşağı çekecek ve normal kuvvet, büyüklük olarak eşit yerçekimi kuvvetinin zıt yönünde çekecektir. Gerginlik, kasnak yönünde saat yönünde sağa çekecektir.
Makaranın sağındaki asılı kütle olan ikinci nesne, gerilimi saat yönünün tersine yukarı çekecek ve yerçekimi kuvveti saat yönünde aşağı çekecektir.
Kuvvet harekete karşı ise negatif, hareketle birlikte gidiyorsa pozitif olacaktır.
Ardından, masanın üzerinde duran ilk cisme etki eden tüm kuvvetlerin vektör toplamını hesaplayarak başlayın.
Newton'un üçüncü hareket yasasına göre normal kuvvet ve yerçekimi kuvveti birbirini götürür.
F_k=\mu_k F_n
nerede Fk kinetik sürtünme kuvvetidir, yani hareket halindeki nesneler ve uk sürtünme katsayısı ve Fn cismin üzerinde durduğu yüzeye dik olan normal kuvvettir.
Normal kuvvet, büyüklük olarak yerçekimi kuvvetine eşit olacaktır, bu nedenle, bu nedenle,
F_n=mg
nerede Fn normal kuvvettir ve m kütledir ve g yerçekiminden kaynaklanan ivmedir.
Kasnağın solundaki bir nesne için Newton'un ikinci hareket yasasını uygulayın.
F_{net}=ma
Sürtünme harekete karşı çıkıyor gerilim bir hareketle gidiyor, bu nedenle,
-\mu_k F_n+T=m_1a
Ardından, nesne iki üzerine etki eden tüm kuvvetlerin vektör toplamını bulun, bu sadece kuvvettir. yerçekimi, hareketle doğrudan aşağı çeker ve saat yönünün tersine harekete karşı çıkan gerilim yön.
Yani bu nedenle,
F_g-T=m_2a
Elde edilen ilk denklemle gerilimi çözün.
T=\mu_k F_n+m_1a
Gerilim denklemini ikinci denklemde yerine koyun, bu nedenle,
F_g-\mu_k F_n-m_1a=m_2a
Sonra hızlanma için çözün.
\begin{hizalanmış} &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{ hizalı}
Değerleri eklenti.
a=9.81\frac{100-0.3(50)}{100+50}=5.56\text{ m/s}^2
Kasnak Sistemleri
Kasnak sistemleri, jeneratörlerden ağır nesneleri kaldırmaya kadar her yerde günlük hayatta kullanılmaktadır. En önemlisi, kasnaklar, fiziği anlamak için hayati önem taşıyan mekaniğin temellerini öğretir. Makara sistemlerinin önemi modern sanayinin gelişmesi için elzemdir ve çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Kayış tahrikli jeneratörler ve alternatörler için bir fizik kasnağı kullanılır.
Kayış tahrikli bir jeneratör, doğal bir afet durumunda veya genel güç ihtiyaçları için ekipmana güç sağlamak için kullanılan iki farklı RPM'de dönen iki döner kasnaktan oluşur. Kasnaklar, yedek güç için jeneratörlerle çalışırken endüstride kullanılır.
Mekanikte kasnak sorunları, tasarım veya yapım sırasında yüklerin hesaplanmasından ve asansörler, kayıştaki gerilimi hesaplamak için ağır bir cismi bir kasnak ile kaldırır, böylece kayış kırmak. Kasnak sistemleri sadece fizik problemlerinde kullanılmamakta, günümüzde modern dünyada çok sayıda uygulama için kullanılmaktadır.