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È possibile calcolare la forza e l'azione dei sistemi di pulegge mediante l'applicazione delle leggi del moto di Newton.La seconda legge lavora con forza e accelerazione; la terza legge indica la direzione delle forze e in che modo la forza di tensione equilibra la forza di gravità.
Pulegge: alti e bassi
Una puleggia è una ruota girevole montata che ha un bordo convesso curvo con una fune, una cinghia o una catena che può muoversi lungo il bordo delle ruote per cambiare la direzione di una forza di trazione. Modifica o riduce lo sforzo necessario per spostare oggetti pesanti come motori di automobili e ascensori. Un sistema di pulegge di base ha un oggetto collegato a un'estremità mentre una forza di controllo, come ad esempio i muscoli di una persona o un motore, tira dall'altra estremità. Un sistema di pulegge Atwood ha entrambe le estremità della fune della puleggia collegate agli oggetti. Se i due oggetti hanno lo stesso peso, la puleggia non si muoverà; tuttavia, un piccolo rimorchiatore su entrambi i lati li sposta in una direzione o nell'altra. Se i carichi sono diversi, quello più pesante accelera mentre il carico più leggero accelera.
Sistema di pulegge di base
Seconda legge di Newton, F (forza) = M (massa) x A (accelerazione) presuppone che la puleggia non abbia attrito e si ignora la massa delle pulegge. La terza legge di Newton afferma che per ogni azione esiste una reazione uguale e contraria, quindi la forza totale del sistema F sarà uguale alla forza nella fune o T (tensione) + G (forza di gravità) che tira al carico. In un sistema di carrucole di base, se si esercita una forza maggiore della massa, la massa accelera, causando la F negativa. Se la massa accelera verso il basso, F è positivo.
Calcola la tensione nella fune usando la seguente equazione: T = M x A. Quattro esempi, se stai cercando di trovare T in un sistema di carrucole di base con una massa attaccata di 9g che accelera verso l'alto a 2m / s² quindi T = 9g x 2m / s² = 18gm / s² o 18N (newton).
Calcola la forza causata dalla gravità sul sistema di pulegge di base usando la seguente equazione: G = M x n (accelerazione gravitazionale). L'accelerazione gravitazionale è una costante pari a 9,8 m / s². La massa M = 9g, quindi G = 9g x 9,8 m / s² = 88,2 gm / s² o 88,2 newton.
Inserisci la tensione e la forza gravitazionale che hai appena calcolato nell'equazione originale: -F = T + G = 18N + 88.2N = 106.2N. La forza è negativa perché l'oggetto nel sistema di pulegge sta accelerando verso l'alto. Il negativo della forza viene spostato sulla soluzione, quindi F = -106,2N.
Sistema di pulegge Atwood
Le equazioni, F (1) = T (1) - G (1) e F (2) = -T (2) + G (2), presuppongono che la puleggia non abbia attrito o massa. Presuppone inoltre che la massa due sia maggiore della massa uno. Altrimenti, cambia le equazioni.
Calcola la tensione su entrambi i lati del sistema di pulegge usando una calcolatrice per risolvere le seguenti equazioni: T (1) = M (1) x A (1) e T (2) = M (2) x A (2). Ad esempio, la massa del primo oggetto è uguale a 3 g, la massa del secondo oggetto è pari a 6 g ed entrambi i lati della fune hanno la stessa accelerazione pari a 6,6 m / s². In questo caso, T (1) = 3g x 6,6 m / s² = 19,8 N e T (2) = 6 g x 6,6 m / s² = 39,6 N.
Calcola la forza causata dalla gravità sul sistema di pulegge di base usando la seguente equazione: G (1) = M (1) x n e G (2) = M (2) x n. L'accelerazione gravitazionale n è una costante pari a 9,8 m / s². Se la prima massa M (1) = 3 g e la seconda massa M (2) = 6 g, quindi G (1) = 3 g x 9,8 m / s² = 29,4 N e G (2) = 6 g x 9,8 m / s² = 58,8 N.
Inserire le tensioni e le forze gravitazionali precedentemente calcolate per entrambi gli oggetti nelle equazioni originali. Per il primo oggetto F (1) = T (1) - G (1) = 19,8 N - 29,4 N = -9,6 N, e per il secondo oggetto F (2) = -T (2) + G (2) = -39.6 N + 58.8 N = 19.2 N. Il fatto che la forza del secondo oggetto sia maggiore del primo oggetto e che la forza del primo oggetto sia negativa mostra che il primo oggetto sta accelerando verso l'alto mentre il secondo oggetto si muove verso il basso.