Contenido
Puede calcular la fuerza y la acción de los sistemas de poleas mediante la aplicación de las leyes de movimiento de Newton.La segunda ley funciona con fuerza y aceleración; La tercera ley indica la dirección de las fuerzas y cómo la fuerza de la tensión equilibra la fuerza de la gravedad.
Poleas: los altibajos
Una polea es una rueda giratoria montada que tiene un borde convexo curvo con una cuerda, correa o cadena que puede moverse a lo largo del borde de las ruedas para cambiar la dirección de una fuerza de tracción. Modifica o reduce el esfuerzo necesario para mover objetos pesados como motores de automóviles y elevadores. Un sistema de poleas básico tiene un objeto conectado a un extremo, mientras que una fuerza de control, como la de los músculos de una persona o un motor, tira del otro extremo. Un sistema de poleas Atwood tiene ambos extremos de la cuerda de la polea conectados a los objetos. Si los dos objetos tienen el mismo peso, la polea no se moverá; sin embargo, un pequeño tirón a cada lado los moverá en una dirección u otra. Si las cargas son diferentes, la más pesada acelerará hacia abajo mientras que la carga más ligera acelera.
Sistema básico de poleas
Segunda ley de Newton, F (fuerza) = M (masa) x A (aceleración) supone que la polea no tiene fricción e ignora la masa de las poleas. La tercera ley de Newton dice que para cada acción hay una reacción igual y opuesta, por lo que la fuerza total del sistema F será igual a la fuerza en la cuerda o T (tensión) + G (fuerza de gravedad) tirando de la carga. En un sistema de poleas básico, si ejerce una fuerza mayor que la masa, su masa se acelerará, causando que la F sea negativa. Si la masa se acelera, F es positiva.
Calcule la tensión en la cuerda usando la siguiente ecuación: T = M x A. Cuatro ejemplos, si está tratando de encontrar T en un sistema de poleas básico con una masa adjunta de 9 g acelerando hacia arriba a 2 m / s², entonces T = 9 g x 2 m / s² = 18gm / s² o 18N (newtons).
Calcule la fuerza causada por la gravedad en el sistema de poleas básico utilizando la siguiente ecuación: G = M x n (aceleración gravitacional). La aceleración gravitacional es una constante igual a 9.8 m / s². La masa M = 9g, entonces G = 9g x 9.8 m / s² = 88.2gm / s², o 88.2 newtons.
Inserte la tensión y la fuerza gravitacional que acaba de calcular en la ecuación original: -F = T + G = 18N + 88.2N = 106.2N. La fuerza es negativa porque el objeto en el sistema de poleas está acelerando hacia arriba. Lo negativo de la fuerza se traslada a la solución, entonces F = -106.2N.
Sistema de polea Atwood
Las ecuaciones, F (1) = T (1) - G (1) y F (2) = -T (2) + G (2), suponen que la polea no tiene fricción ni masa. También supone que la masa dos es mayor que la masa uno. De lo contrario, cambie las ecuaciones.
Calcule la tensión en ambos lados del sistema de poleas usando una calculadora para resolver las siguientes ecuaciones: T (1) = M (1) x A (1) y T (2) = M (2) x A (2). Por ejemplo, la masa del primer objeto es igual a 3g, la masa del segundo objeto es igual a 6g y ambos lados de la cuerda tienen la misma aceleración igual a 6.6m / s². En este caso, T (1) = 3g x 6.6m / s² = 19.8N y T (2) = 6g x 6.6m / s² = 39.6N.
Calcule la fuerza causada por la gravedad en el sistema de poleas básico utilizando la siguiente ecuación: G (1) = M (1) x ny G (2) = M (2) x n. La aceleración gravitacional n es una constante igual a 9.8 m / s². Si la primera masa M (1) = 3g y la segunda masa M (2) = 6g, entonces G (1) = 3g x 9.8 m / s² = 29.4N y G (2) = 6g x 9.8 m / s² = 58.8 NORTE.
Inserte las tensiones y fuerzas gravitacionales previamente calculadas para ambos objetos en las ecuaciones originales. Para el primer objeto F (1) = T (1) - G (1) = 19.8N - 29.4N = -9.6N, y para el segundo objeto F (2) = -T (2) + G (2) = -39.6N + 58.8N = 19.2N. El hecho de que la fuerza del segundo objeto es mayor que el primer objeto y que la fuerza del primer objeto es negativa muestra que el primer objeto está acelerando hacia arriba mientras el segundo objeto se mueve hacia abajo.