Innehåll
Du kan beräkna kraftsystem och verkan hos remskivssystem genom tillämpning av Newtons rörelseregler.Den andra lagen arbetar med kraft och acceleration; den tredje lagen anger krafternas riktning och hur spänningskraften balanserar tyngdkraften.
Remskivor: The Ups and Downs
En remskiva är ett monterat roterande hjul som har en krökt konvex fälg med ett rep, bälte eller kedja som kan röra sig längs hjulkanten för att ändra dragkraftens riktning. Det ändrar eller minskar ansträngningen för att flytta tunga föremål som bilmotorer och hissar. Ett grundläggande remskivsystem har ett föremål anslutet till ena änden medan en styrkraft, t.ex. från en personmuskulatur eller en motor, drar från den andra änden. Ett Atwood-remskivsystem har båda ändarna av remskivan som är anslutna till föremål. Om de två föremålen har samma vikt, rör sig remskivan inte; emellertid kommer en liten bogserbåt på vardera sidan att flytta dem i en riktning eller den andra. Om lasterna är olika kommer den tyngre att accelerera medan den lättare belastningen accelererar upp.
Grundläggande remskiva
Newtons andra lag, F (kraft) = M (massa) x A (acceleration) antar att remskivan inte har någon friktion och att du ignorerar remskivans massa. Newtons tredje lag säger att för varje handling finns en lika och motsatt reaktion, så den totala kraften i systemet F kommer att vara lika med kraften i repet eller T (spänning) + G (tyngdkraft) som drar vid belastningen. I ett grundläggande remskivssystem, om du utövar en kraft som är större än massan, kommer din massa att accelerera upp, vilket gör att F är negativ. Om massan accelererar ner är F positiv.
Beräkna spänningen i repet med hjälp av följande ekvation: T = M x A. Fyra exempel, om du försöker hitta T i ett grundläggande remskivsystem med en bifogad massa på 9g som accelererar uppåt vid 2m / s², sedan T = 9g x 2m / s² = 18 gm / s² eller 18N (newton).
Beräkna kraften som orsakas av tyngdkraften på det grundläggande remskivan med följande ekvation: G = M x n (gravitationsacceleration). Gravitationsaccelerationen är en konstant lika med 9,8 m / s². Massan M = 9g, så G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2 gm / s², eller 88,2 newton.
Sätt i spänningen och gravitationskraften som du just beräknade i den ursprungliga ekvationen: -F = T + G = 18N + 88.2N = 106.2N. Kraften är negativ eftersom objektet i remskivan accelererar uppåt. Negativet från kraften flyttas över till lösningen så F = -106.2N.
Atwood Pulley System
Ekvationerna, F (1) = T (1) - G (1) och F (2) = -T (2) + G (2), antar att remskivan inte har någon friktion eller massa. Den antar också att massa två är större än massan en. I annat fall byter ekvationerna.
Beräkna spänningen på båda sidor av remskivan med hjälp av en räknare för att lösa följande ekvationer: T (1) = M (1) x A (1) och T (2) = M (2) x A (2). Till exempel är massan för det första objektet lika med 3g, massan för det andra objektet är lika med 6g och båda sidorna av repet har samma acceleration lika med 6,6 m / s². I detta fall är T (1) = 3g x 6,6 m / s² = 19,8 N och T (2) = 6 g x 6,6 m / s² = 39,6 N.
Beräkna kraften orsakad av tyngdkraften på det grundläggande remskivan med hjälp av följande ekvation: G (1) = M (1) x n och G (2) = M (2) x n. Gravitationsaccelerationen n är en konstant lika med 9,8 m / s². Om den första massan M (1) = 3g och den andra massan M (2) = 6g, då G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N och G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Sätt i spänningarna och gravitationskrafter som tidigare beräknats för båda föremålen i de ursprungliga ekvationerna. För det första objektet F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, och för det andra objektet F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Det faktum att kraften hos det andra objektet är större än det första objektet och att kraften hos det första objektet är negativt visar att det första objektet accelererar uppåt medan det andra objektet rör sig nedåt.