Шківи у повсякденному житті
Колодязі, ліфти, будівельні майданчики, тренажери та генератори з ремінним приводом - це все застосування, яке використовує шківи як основну функцію машини.
Ліфт використовує противаги зі шківами для забезпечення підйомної системи для важких предметів. Ремінні генератори використовуються для забезпечення резервного живлення сучасних додатків, таких як виробнича фабрика. Військові бази використовують генератори з ремінним приводом для забезпечення електростанції станції, коли виникає конфлікт.
Військові використовують генератори для забезпечення живлення військових баз, коли немає зовнішнього джерела живлення. Застосування ремінних генераторів величезне. Шківи також використовуються для підйому громіздких предметів у будівництві, наприклад, людина чистить вікна на дуже високій будівлі або навіть піднімає дуже важкі предмети, що використовуються в будівництві.
Механіка за ремінними генераторами
Ремінні генератори живляться двома різними шківами, що рухаються з двома різними обертами в хвилину, що означає, скільки обертів шків може виконати за хвилину.
Причина, по якій шківи обертаються з двома різними частотами обертання, полягає в тому, що це впливає на період або час, необхідний шківам для завершення одного обертання або циклу. Період і частота мають зворотну залежність, тобто період впливає на частоту, а частота впливає на період.
Частота - це важливе поняття, яке слід розуміти під час живлення конкретних додатків, а частота вимірюється в герцах. Генератори також є іншою формою генератора, керованого шківом, який використовується для підзарядки акумулятора в транспортних засобах, що рухаються сьогодні.
Багато типів генераторів використовують змінний струм, а деякі - постійний. Перший генератор постійного струму був побудований Майклом Фарадеєм, який показав, що і електрика, і магнетизм є єдиною силою, яка називається електромагнітною силою.
Проблеми шківа в механіці
Шкільні системи використовуються в механічних задачах у фізиці. Найкращий спосіб вирішення завдань шківа в механіці - використання другого закону руху Ньютона та розуміння третього і першого законів руху Ньютона.
Другий закон Ньютона говорить:
F = ma
Де,F- для чистої сили, яка є векторною сумою всіх сил, що діють на об'єкт. m - маса об'єкта, яка є скалярною величиною, що означає, що маса має лише величину. Прискорення надає другому закону Ньютона його векторну властивість.
У наведених прикладах задач на систему шківів потрібно знати алгебраїчну підстановку.
Найпростіша система вирішення шківів є первинноюМашина Етвудаз використанням алгебраїчної заміни. Системи шківів, як правило, є системами постійного прискорення. Машина Етвуда - це одинарна система шківів із двома гирями, прикріпленими з однією вагою з кожного боку шківа. Проблеми, що стосуються машини Етвуда, полягають у двох вагах однакової маси та двох вагах нерівномірних мас.
Якщо машина Етвуда складається з ваги на 50 кілограмів ліворуч від шківа та ваги на 100 кг праворуч від шківа, яке прискорення має система?
Для початку намалюйте вільну діаграму тіла всіх сил, що діють на систему, включаючи натяг.
Об'єкт праворуч від шківа
m_1 g-T = m_1 a
Де Т - для натягу, а g - прискорення під дією сили тяжіння.
Об'єкт зліва від шківа
Якщо напруга тягнеться в позитивному напрямку, отже, напруга позитивна, за годинниковою стрілкою (йде з) відносно обертання за годинниковою стрілкою. Якщо вага тягнеться в негативному напрямку, тому вага є негативною, проти годинникової стрілки (протилежне) відносно обертання за годинниковою стрілкою.
Тому застосовуючи другий закон руху Ньютона:
Напруга позитивна, Ш або м2g від’ємне наступним чином
T-m_2 g = m_2 a
Вирішити на напругу.
T = m_2 g + m_2 a
Підставте в рівняння перший об’єкт.
\ 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}
Підключіть 50 кілограмів для другої маси та 100 кг для першої маси
\ 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 \ кінець {вирівняний}
Графічний аналіз динаміки системи шківів
Якщо шківна система була звільнена від відпочинку з двома неоднаковими масами і була зображена на графіку швидкості проти часу, це створить лінійну модель, тобто вона буде формувати не параболічну криву, а діагональну пряму, що починається з походження.
Нахил цього графіка призведе до прискорення. Якби система була зображена на графіку положення в залежності від часу, вона створила б параболічну криву, починаючи з початку координат, якщо вона була реалізована з відпочинку. Нахил графіка цієї системи буде створювати швидкість, тобто швидкість змінюється протягом усього руху системи шківа.
Системи шківів та сили тертя
Aшківна система з тертямце система, яка взаємодіє з деякою поверхнею, що має опір, уповільнюючи систему шківів через сили тертя. У цьому випадку поверхня столу є формою опору, що взаємодіє із шківною системою, уповільнюючи систему.
Наступним прикладом проблеми є система шківів із силами тертя, що діють на систему. Силою тертя в цьому випадку є поверхня столу, що взаємодіє з дерев’яним бруском.
Блок вагою 50 кг лежить на столі з коефіцієнтом тертя між блоком і столом 0,3 з лівого боку шківа. Другий блок висить на правій стороні шківа і має масу 100 кг. Що таке прискорення системи?
Для вирішення цієї проблеми необхідно застосовувати третій і другий закони руху Ньютона.
Почніть із складання схеми вільного тіла.
Розгляньте цю проблему як одновимірну, а не двовимірну.
Сила тертя буде тягнути ліворуч від предмета одним протилежним рухом. Сила тяжіння буде тягнути прямо вниз, а нормальна сила буде тягнути в протилежному напрямку сили тяжіння, рівної за величиною. Напруга буде тягнути праворуч у напрямку шківа за годинниковою стрілкою.
Об'єкт два, який є звисаючою масою праворуч від шківа, матиме напругу, що тягнеться проти годинникової стрілки, і сила тяжіння, що тягне вниз за годинниковою стрілкою.
Якщо сила протистоїть руху, вона буде негативною, а якщо сила рухається з рухом, вона буде позитивною.
Потім починайте з обчислення векторної суми всіх сил, що діють на перший об’єкт, що лежить на столі.
Нормальна сила та сила тяжіння припиняються відповідно до третього закону руху Ньютона.
F_k = \ mu_k F_n
Де Fk - сила кінетичного тертя, що означає об’єкти, що рухаються, і uk - коефіцієнт тертя, а Fn - нормальна сила, яка проходить перпендикулярно поверхні, на якій спочиває об'єкт.
Нормальна сила буде дорівнювати за величиною силі тяжіння, тому, отже,
F_n = мг
Де Fп - нормальна сила, а m - маса, g - прискорення під дією сили тяжіння.
Застосуйте другий закон руху Ньютона для об’єкта один ліворуч від шківа.
F_ {net} = ma
Тертя протистоїть руху напруга відбувається з рухом, тому, отже,
- \ mu_k F_n + T = m_1a
Далі знайдіть векторну суму всіх сил, що діють на об'єкт два, яка є просто силою сила тяжіння, що тягне прямо вниз з рухом і напругою, протистоїть руху в напрямку проти годинникової стрілки напрямку.
Отже, отже,
F_g-T = m_2a
Розв’яжіть для напруження перше рівняння, яке було виведене.
T = \ mu_k F_n + m_1a
Підставте рівняння натягу у друге рівняння, отже,
F_g- \ mu_k F_n-m_1a = m_2a
Потім розв’яжіть питання прискорення.
\ 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 { вирівняно}
Вставте значення.
a = 9,81 \ frac {100-0,3 (50)} {100 + 50} = 5,56 \ text {м / с} ^ 2
Шківні системи
Системи шківів використовуються в повсякденному житті, де завгодно - від генераторів до підйому важких предметів. Найголовніше, що шківи навчають основам механіки, що життєво важливо для розуміння фізики. Важливість шківних систем є суттєвою для розвитку сучасної промисловості і дуже часто використовується. Фізичний шків використовується для ремінних генераторів та генераторів змінного струму.
Ремінний генератор складається з двох обертових шківів, які обертаються з двома різними частотами обертання, які використовуються для живлення обладнання у випадку стихійного лиха або для загальних потреб в енергії. Шківи використовуються в промисловості при роботі з генераторами для резервного живлення.
Проблеми зі шківами в механіці виникають скрізь від розрахунку навантажень при проектуванні або будівництві та в приміщенні ліфти для розрахунку натягу ременя, піднімаючи важкий предмет зі шківом, щоб ремінь цього не робив перерва. Система шківів використовується не лише у фізичних задачах, оскільки сьогодні використовується в сучасному світі для величезної кількості застосувань.