Sisu
Newtoni liikumisseaduste rakendamise abil saate arvutada rihmaratta süsteemide jõu ja toime.Teine seadus töötab jõu ja kiirendusega; kolmas seadus näitab jõudude suunda ja seda, kuidas pingejõud tasakaalustab gravitatsioonijõudu.
Rihmarattad: tõusud ja mõõnad
Rihmaratas on monteeritud pöörlev ratas, millel on kõver kumer velg, mille köis, rihm või kett võimaldavad liikuda mööda ratta velge tõmbejõu suuna muutmiseks. See muudab või vähendab raskete esemete, näiteks mootorimootorite ja liftide, liikumiseks vajalikke jõupingutusi. Põhirihmasüsteemil on objekt, mis on ühendatud ühe otsaga, samal ajal kui juhtimisjõud, näiteks inimeste lihastelt või mootorilt, tõmbab teisest otsast. Atwoodi rihmaratta süsteemil on rihmaratta trossi mõlemad otsad ühendatud objektidega. Kui kahel esemel on sama kaal, siis rihmaratas ei liigu; aga väike puksiir mõlemal küljel liigutab neid ühes või teises suunas. Kui koormused on erinevad, kiireneb raskem allapoole, samal ajal kui kergem koormus suureneb.
Põhiline rihmaratta süsteem
Njuutonite teine seadus, F (jõud) = M (mass) x A (kiirendus) eeldab, et rihmaratasel puudub hõõrdumine ja te ignoreerite rihmaratta massi. Newtoni kolmas seadus ütleb, et iga toimingu korral toimub võrdne ja vastupidine reaktsioon, nii et süsteemi F kogujõud võrdub köites või T (pinge) + G (raskusjõud) tõmbejõuga koormuse juures. Kui te rakendate massist suuremat jõudu tavapärases rihmaratta süsteemis, kiireneb teie mass üles, põhjustades F negatiivse. Kui mass kiireneb allapoole, on F positiivne.
Arvutage trossi pinge järgmise valemi abil: T = M x A. Neljas näites, kui proovite leida T tavalisest rihmaratta süsteemist, mille kinnitatud mass on 9 g, kiirenedes ülespoole kiirusega 2m / s², siis T = 9 g x 2 m / s² = 18 g / s² või 18N (njuutonid).
Arvutage gravitatsioonist põhjustatud jõud baasrattasüsteemile järgmise valemi abil: G = M x n (gravitatsioonikiirendus). Gravitatsioonikiirendus on konstant, mis võrdub 9,8 m / s². Mass M = 9g, seega G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2 gm / s² ehk 88,2 njuutoni.
Sisestage äsja arvutatud pinge ja gravitatsioonijõud algvõrrandisse: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. Jõud on negatiivne, kuna rihmaratta süsteemis olev objekt kiireneb ülespoole. Jõu negatiivne väärtus kantakse üle lahusele, nii et F = -106,2N.
Atwood rihmaratta süsteem
Võrrandid F (1) = T (1) - G (1) ja F (2) = -T (2) + G (2) eeldavad, et rihmaratal pole hõõrdumist ega massi. Samuti eeldatakse, et teine mass on suurem kui üks mass. Muul juhul vahetage võrrandid.
Pinge arvutamine rihmaratta süsteemi mõlemal küljel arvutatakse kalkulaatori abil järgmiste võrrandite lahendamiseks: T (1) = M (1) x A (1) ja T (2) = M (2) x A (2). Näiteks esimese objekti mass võrdub 3g, teise objekti mass on 6g ja trossi mõlemal küljel on sama kiirendus 6,6m / s². Sel juhul on T (1) = 3g x 6,6m / s² = 19,8N ja T (2) = 6g x 6,6m / s² = 39,6N.
Arvutage gravitatsioonist põhjustatud jõud baasrattasüsteemile järgmise valemi abil: G (1) = M (1) x n ja G (2) = M (2) x n. Gravitatsioonikiirendus n on konstant, mis võrdub 9,8 m / s². Kui esimene mass M (1) = 3g ja teine mass M (2) = 6g, siis G (1) = 3g x 9,8 m / s² = 29,4N ja G (2) = 6g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Sisestage mõlema objekti jaoks eelnevalt arvutatud pinged ja gravitatsioonijõud algsetesse võrranditesse. Esimese objekti jaoks F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N ja teise objekti jaoks F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. Fakt, et teise objekti jõud on suurem kui esimene, ja et esimese objekti jõud on negatiivne, näitab, et esimene objekt kiireneb ülespoole, samal ajal kui teine objekt liigub allapoole.