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 un borde convexo curvo con un cuerda, cinturón o cadena que puede 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 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 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 de poleas básico
Segunda ley de Newton, F (fuerza) \u003d 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 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 \u003d M x A. Cuatro ejemplos, si está tratando de encontrar T en un sistema de poleas básico con un masa adjunta de 9 g acelerando hacia arriba a 2 m /s² luego T \u003d 9g x 2m /s² \u003d 18gm /s² o 18N (newtons).
Calcule la fuerza causada por la gravedad en el sistema de poleas básico utilizando la siguiente ecuación: G \u003d M xn (aceleración gravitacional). La aceleración gravitacional es una constante igual a 9.8 m /s². La masa M \u003d 9g, entonces G \u003d 9g x 9.8 m /s² \u003d 88.2gm /s², o 88.2 newtons.
Inserte la tensión y la fuerza gravitacional que acaba de calcular en la ecuación original: -F \u003d T + G \u003d 18N + 88.2N \u003d 106.2N. La fuerza es negativa porque el objeto en el sistema de poleas está acelerando hacia arriba. El negativo de la fuerza se traslada a la solución, de modo que F \u003d -106.2N.
Sistema de poleas Atwood
Las ecuaciones, F (1) \u003d T (1) - G (1) y F ( 2) \u003d -T (2) + G (2), suponga 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) \u003d M (1) x A (1) y T (2) \u003d 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) \u003d 3g x 6.6m /s² \u003d 19.8N y T (2) \u003d 6g x 6.6m /s² \u003d 39.6N.
Calcule la fuerza causada por la gravedad en la polea básica sistema usando la siguiente ecuación: G (1) \u003d M (1) xn y G (2) \u003d M (2) x n. La aceleración gravitacional n es una constante igual a 9.8 m /s². Si la primera masa M (1) \u003d 3g y la segunda masa M (2) \u003d 6g, entonces G (1) \u003d 3g x 9.8 m /s² \u003d 29.4N y G (2) \u003d 6g x 9.8 m /s² \u003d 58.8 N.
Inserte las tensiones y fuerzas gravitacionales previamente calculadas para ambos objetos en las ecuaciones originales. Para el primer objeto F (1) \u003d T (1) - G (1) \u003d 19.8N - 29.4N \u003d -9.6N, y para el segundo objeto F (2) \u003d -T (2) + G (2) \u003d -39.6N + 58.8N \u003d 19.2N. El hecho de que la fuerza del segundo objeto sea mayor que el primer objeto y que la fuerza del primer objeto sea negativa muestra que el primer objeto está acelerando hacia arriba mientras el segundo objeto se mueve hacia abajo.
