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 tensión equilibra la fuerza de la gravedad.
Poleas: los altibajos
Una polea es una rueda giratoria montada que tiene una curva convexa borde con una cuerda, cinturón o cadena que pueda moverse a lo largo del borde de la rueda para cambiar la dirección de una fuerza de tracción. Modifica o reduce el esfuerzo necesario para mover objetos pesados como motores de automóviles y ascensores. Un sistema de polea básica 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 polea 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 se acelerará hacia abajo mientras se acelera la carga más ligera.
Sistema básico de poleas
Segunda ley de Newton, F (fuerza) = M (masa) x A (aceleración ) asume que la polea no tiene fricción e ignoras la masa de la polea. 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 ejerces una fuerza mayor que la masa, tu masa se acelerará, haciendo que la F sea negativa. Si la masa se acelera hacia abajo, F es positiva.
Calcule la tensión en la cuerda con la siguiente ecuación: T = M x A. Cuatro ejemplos, si está tratando de encontrar T en un sistema de polea básica con una masa adjunta de 9g acelerando hacia arriba a 2m /s² luego T = 9g x 2m /s² = 18gm /s² o 18N (newtons).
Calcule la fuerza causada por la gravedad en el sistema de polea básica usando la siguiente ecuación: G = M xn (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.
Inserta la tensión y la fuerza gravitacional que acabas 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 se acelera hacia arriba. El negativo de la fuerza se traslada a la solución, por lo que F = -106.2N.
Atwood Pulley System
Las ecuaciones, F (1) = T (1) - G (1) y F (2) = -T (2) + G (2), suponiendo que la polea no tiene fricción o 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 6.6 m /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 sobre la polea básica sistema usando la siguiente ecuación: G (1) = M (1) xn y 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 N.
Inserta 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 sea mayor que el primer objeto y de que la fuerza del primer objeto sea negativa muestra que el primer objeto se está acelerando hacia arriba mientras el segundo objeto se mueve hacia abajo.
