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Você pode calcular a força e a ação dos sistemas de polias através da aplicação das leis do movimento de Newton.A segunda lei trabalha com força e aceleração; a terceira lei indica a direção das forças e como a força da tensão equilibra a força da gravidade.
Polias: os altos e baixos
Uma polia é uma roda rotativa montada que tem uma borda convexa curvada 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. 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 a dos músculos ou motor de uma pessoa, puxa da outra extremidade. Um sistema de polias Atwood possui as duas 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 os moverá em uma direção ou na outra. Se as cargas forem diferentes, a mais pesada acelera 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; portanto, a força total do sistema F será igual à força na corda ou T (tensão) + G (força da gravidade) puxando a carga. Em um sistema básico de polias, se você exercer uma força maior que a massa, sua massa irá acelerar, fazendo com que o F seja negativo. Se a massa acelerar, F é positivo.
Calcule a tensão na corda usando a seguinte equação: T = M x A. Quatro exemplos, se você estiver tentando encontrar T em um sistema básico de polias com uma massa anexa 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 x n (aceleração gravitacional). A aceleração gravitacional é uma constante igual a 9,8 m / s². A massa M = 9g, então G = 9g x 9,8 m / 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, então F = -106,2N.
Sistema de polias Atwood
As equações F (1) = T (1) - G (1) e F (2) = -T (2) + G (2) assumem que a polia não possui atrito ou massa. Ele 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 os dois lados da corda têm a mesma aceleração igual a 6,6m / s². Nesse 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 no sistema básico de polias usando a seguinte equação: G (1) = M (1) x n 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 N.
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) = -39,6N + 58,8N = 19,2N. 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 objeto está se movendo para baixo.