Vous pouvez calculer la force et l'action des systèmes de poulies en appliquant les lois du mouvement de Newton. La deuxième loi fonctionne avec force et accélération; la troisième loi indique la direction des forces et comment la force de tension équilibre la force de gravité.
Poulies: les hauts et les bas
Une poulie est une roue rotative montée qui a une jante convexe incurvée avec un corde, ceinture ou chaîne pouvant se déplacer le long de la jante de la roue pour changer la direction d'une force de traction. Il modifie ou réduit l'effort nécessaire pour déplacer des objets lourds tels que les moteurs d'automobiles et les ascenseurs. Un système de poulie de base a un objet connecté à une extrémité tandis qu'une force de contrôle, telle que les muscles d'une personne ou un moteur, tire de l'autre extrémité. Un système de poulies Atwood a les deux extrémités de la corde de poulie connectées à des objets. Si les deux objets ont le même poids, la poulie ne bougera pas; cependant, un petit remorqueur de chaque côté les déplacera dans un sens ou dans l'autre. Si les charges sont différentes, la plus lourde accélérera vers le bas tandis que la charge plus légère accélère vers le haut.
Système de poulie de base
Deuxième loi de Newton, F (force) \u003d M (masse) x A (accélération) suppose que la poulie n'a pas de friction et vous ignorez la masse de la poulie. La troisième loi de Newton dit que pour chaque action il y a une réaction égale et opposée, donc la force totale du système F sera égale à la force dans la corde ou T (tension) + G (force de gravité) tirant à la charge. Dans un système de poulies de base, si vous exercez une force supérieure à la masse, votre masse accélérera, ce qui rend le F négatif. Si la masse accélère vers le bas, F est positive.
Calculez la tension dans la corde en utilisant l'équation suivante: T \u003d M x A. Quatre exemples, si vous essayez de trouver T dans un système de poulie de base avec un masse attachée de 9g accélérant vers le haut à 2m /s² puis T \u003d 9g x 2m /s² \u003d 18gm /s² ou 18N (newtons).
Calculez la force causée par la gravité sur le système de poulies de base en utilisant l'équation suivante: G \u003d M xn (accélération gravitationnelle). L'accélération gravitationnelle est une constante égale à 9,8 m /s². La masse M \u003d 9g, donc G \u003d 9g x 9,8 m /s² \u003d 88,2gm /s², ou 88,2 newtons.
Insérez la tension et la force gravitationnelle que vous venez de calculer dans l'équation originale: -F \u003d T + G \u003d 18N + 88,2N \u003d 106,2N. La force est négative car l'objet dans le système de poulies accélère vers le haut. Le négatif de la force est déplacé vers la solution, donc F \u003d -106.2N.
Atwood Pulley System
Les équations, F (1) \u003d T (1) - G (1) et F ( 2) \u003d -T (2) + G (2), supposons que la poulie n'a ni frottement ni masse. Il suppose également que la masse deux est supérieure à la masse un. Sinon, changez les équations.
Calculez la tension des deux côtés du système de poulie à l'aide d'une calculatrice pour résoudre les équations suivantes: T (1) \u003d M (1) x A (1) et T (2) \u003d M (2) x A (2). Par exemple, la masse du premier objet est égale à 3g, la masse du deuxième objet est égale à 6g et les deux côtés de la corde ont la même accélération égale à 6,6 m /s². Dans ce cas, T (1) \u003d 3g x 6,6m /s² \u003d 19,8N et T (2) \u003d 6g x 6,6m /s² \u003d 39,6N.
Calculez la force provoquée par la gravité sur la poulie de base système utilisant l'équation suivante: G (1) \u003d M (1) xn et G (2) \u003d M (2) x n. L'accélération gravitationnelle n est une constante égale à 9,8 m /s². Si la première masse M (1) \u003d 3g et la deuxième masse M (2) \u003d 6g, alors G (1) \u003d 3g x 9,8 m /s² \u003d 29,4N et G (2) \u003d 6g x 9,8 m /s² \u003d 58,8 N.
Insérez les tensions et les forces gravitationnelles précédemment calculées pour les deux objets dans les équations d'origine. Pour le premier objet F (1) \u003d T (1) - G (1) \u003d 19,8N - 29,4N \u003d -9,6N, et pour le deuxième objet F (2) \u003d -T (2) + G (2) \u003d -39,6N + 58,8N \u003d 19,2N. Le fait que la force du deuxième objet soit supérieure à celle du premier objet et que la force du premier objet soit négative montre que le premier objet accélère vers le haut tandis que le deuxième objet se déplace vers le bas.
