Você pode calcular a força e a ação de sistemas de polias através da aplicação das leis de movimento de Newton. A segunda lei funciona com força e aceleração; a terceira lei indica a direção das forças e como a força de tensão equilibra a força da gravidade.
Polias: As subidas e descidas
A polia é uma roda giratória montada que tem uma curvatura convexa aro com uma corda, cinto ou corrente que pode se mover ao longo da borda da roda para mudar a direção de uma força de tração. Ele modifica ou reduz o esforço necessário para mover objetos pesados, como motores de automóveis e elevadores. Um sistema básico de polias tem um objeto conectado a uma extremidade enquanto uma força controladora, como os músculos ou o motor de uma pessoa, puxa a outra extremidade. Um sistema de polia Atwood tem ambas as extremidades do cabo da polia conectadas aos objetos. Se os dois objetos tiverem o mesmo peso, a polia não se moverá; no entanto, um pequeno puxão de cada lado irá movê-los em uma direção ou outra. Se as cargas forem diferentes, a mais pesada acelerará enquanto a carga mais leve acelera.
Sistema básico de polias
Segunda lei de Newton, F (força) = M (massa) x A (aceleração Assume que a polia não tem atrito e você ignora a massa da polia. A terceira lei de Newton diz que para cada ação há uma reação igual e oposta, então a força total do sistema F será igual à força na corda ou T (tensão) + G (força de gravidade) puxando a carga. Em um sistema básico de polias, se você exercer uma força maior que a massa, sua massa acelerará, fazendo com que o F seja negativo. Se a massa acelera, F é positivo.
Calcule a tensão na corda usando a seguinte equação: T = M x A. Quatro exemplo, se você está tentando encontrar T em um sistema básico de roldanas com um massa anexada de 9g acelerando para cima a 2m /s² então T = 9g x 2m /s² = 18gm /s² ou 18N (newtons).
Calcule a força causada pela gravidade no sistema básico de polias usando a seguinte equação: G = M xn (aceleração gravitacional). A aceleração gravitacional é uma constante igual a 9,8 m /s². A massa M = 9g, então G = 9g x 9,8m /s² = 88,2gm /s², ou 88,2 newtons.
Insira a tensão e a força gravitacional que você acabou de calcular na equação original: -F = T + G = 18N + 88,2N = 106,2N. A força é negativa porque o objeto no sistema de polias está acelerando para cima. O negativo da força é movido para a solução de modo que F = -106.2N.
Sistema de Polias Atwood
As equações, F (1) = T (1) - G (1) e F (2) = -T (2) + G (2), assume que a polia não possui atrito ou massa. Também assume que a massa dois é maior que a massa um. Caso contrário, mude as equações.
Calcule a tensão nos dois lados do sistema de polias usando uma calculadora para resolver as seguintes equações: T (1) = M (1) x A (1) e T (2) = M (2) x A (2). Por exemplo, a massa do primeiro objeto é igual a 3g, a massa do segundo objeto é igual a 6g e ambos os lados da corda têm a mesma aceleração igual a 6,6m /s². Neste caso, T (1) = 3g x 6.6m /s² = 19.8N e T (2) = 6g x 6.6m /s² = 39.6N.
Calcule a força causada pela gravidade na polia básica sistema usando a seguinte equação: G (1) = M (1) xn e G (2) = M (2) x n. A aceleração gravitacional n é uma constante igual a 9,8 m /s². Se a primeira massa M (1) = 3g e a segunda massa M (2) = 6g, então G (1) = 3g x 9,8 m /s² = 29,4N e G (2) = 6g x 9,8 m /s² = 58,8
Insira as tensões e forças gravitacionais previamente calculadas para os dois objetos nas equações originais. Para o primeiro objeto F (1) = T (1) - G (1) = 19,8N - 29,4N = -9,6N, e para o segundo objeto F (2) = -T (2) + G (2) = -39,6 N + 58,8 N = 19,2 N. O fato de que a força do segundo objeto é maior que o primeiro e que a força do primeiro objeto é negativa mostra que o primeiro objeto está acelerando para cima enquanto o segundo está se movendo para baixo.
