Innhold
Du kan beregne styrken og virkningen av trinsesystemer ved bruk av Newtons bevegelseslover.Den andre loven arbeider med kraft og akselerasjon; den tredje loven indikerer styrkenes retning og hvordan spenningskraften balanserer tyngdekraften.
Remskiver: The Ups and Downs
En remskive er et montert roterende hjul som har en buet konveks kant med et tau, belte eller kjetting som kan bevege seg langs hjulkanten for å endre retningen til en trekkraft. Det endrer eller reduserer innsatsen som trengs for å bevege tunge gjenstander som bilmotorer og heiser. Et grunnleggende trinsesystem har en gjenstand koblet til den ene enden mens en kontrollerende kraft, for eksempel fra en personmuskulatur eller en motor, trekker fra den andre enden. Et Atwood trinsesystem har begge ender av remskiven som er koblet til gjenstander. Hvis de to objektene har samme vekt, vil trinsen ikke bevege seg; en liten slepebåt på hver side vil imidlertid bevege dem i den ene eller den andre retningen. Hvis lastene er forskjellige, vil den tyngre akselerere ned mens den lettere belastningen akselererer.
Grunnleggende remskive
Newtons andre lov, F (kraft) = M (masse) x A (akselerasjon) antar at trinsen ikke har noen friksjon og at du ignorerer trinsenes masse. Newtons tredje lov sier at for hver handling er det en lik og motsatt reaksjon, så den totale kraften til systemet F vil være lik kraften i tauet eller T (spenning) + G (tyngdekraft) som trekker ved belastningen. I et grunnleggende trinsesystem, hvis du utøver en styrke som er større enn massen, vil massen akselerere opp og føre til at F er negativ. Hvis massen akselererer ned, er F positiv.
Beregn spenningen i tauet ved å bruke følgende ligning: T = M x A. Fire eksempler, hvis du prøver å finne T i et grunnleggende trinsesystem med en festet masse på 9g som akselererer oppover ved 2m / s², så er T = 9g x 2m / s² = 18 gm / s² eller 18N (newton).
Beregn kraften forårsaket av tyngdekraften på det grunnleggende trinsesystemet ved å bruke følgende ligning: G = M x n (gravitasjonsakselerasjon). Gravitasjonsakselerasjonen er en konstant lik 9,8 m / s². Massen M = 9g, så G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2 gm / s², eller 88,2 newton.
Sett inn spenningen og gravitasjonskraften du nettopp beregnet i den opprinnelige ligningen: -F = T + G = 18N + 88.2N = 106.2N. Kraften er negativ fordi objektet i trinsesystemet akselererer oppover. Det negative fra kraften flyttes over til løsningen slik at F = -106.2N.
Atwood remskive
Ligningene, F (1) = T (1) - G (1) og F (2) = -T (2) + G (2), antar at trinsen ikke har noen friksjon eller masse. Den antar også at masse to er større enn masse en. Ellers bytter du likningene.
Beregn spenningen på begge sider av trinsesystemet ved å bruke en kalkulator for å løse følgende ligninger: T (1) = M (1) x A (1) og T (2) = M (2) x A (2). For eksempel er massen til det første objektet lik 3g, massen til det andre objektet er lik 6g og begge sider av tauet har den samme akselerasjonen lik 6,6 m / s². I dette tilfellet er T (1) = 3g x 6,6 m / s² = 19,8N og T (2) = 6g x 6,6 m / s² = 39,6N.
Beregn kraften forårsaket av tyngdekraften på det grunnleggende trinsesystemet ved å bruke følgende ligning: G (1) = M (1) x n og G (2) = M (2) x n. Gravitasjonsakselerasjonen n er en konstant lik 9,8 m / s². Hvis den første massen M (1) = 3g og den andre massen M (2) = 6g, så er G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N og G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Sett inn spenningene og gravitasjonskreftene som tidligere var beregnet for begge objektene, i de opprinnelige likningene. For det første objektet F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, og for det andre objektet F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. At kraften til det andre objektet er større enn det første objektet, og at kraften til det første objektet er negativ, viser at det første objektet akselererer oppover mens det andre objektet beveger seg nedover.