El uso de una polea para demostrar tercera ley de newton
Video: Leyes de Newton problema 04
En la física, ninguna fuerza puede ser ejercida sin una fuerza igual y opuesta (incluso si algunos de que fuerza de oposición viene de hacer un objeto acelerar). Una cuerda y la polea pueden actuar juntos para cambiar la dirección de la fuerza se aplica, pero no de forma gratuita. Con el fin de cambiar la dirección de su fuerza de -F (Es decir, hacia abajo) a +F (Hacia arriba en la masa), el apoyo de la polea tiene que responder con una fuerza de 2F.
Así es como funciona esto: Al tirar de una cuerda en un sistema de poleas para levantar un objeto estacionario, levantar la masa si se ejerce la fuerza suficiente para superar su peso, mg, dónde gramo es la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la Tierra, 9,8 metros / segundo2. Echar un vistazo a la figura, en la que una cuerda pasa por una polea y hacia abajo a una masa metro.
Video: EJERCICIO LEYES DE NEWTON - aceleración y tensiones
La cuerda y la polea juntas funcionan no sólo para transmitir la fuerza que se ejerce, F, sino también para cambiar la dirección de esa fuerza, como se ve en la figura. La fuerza que se ejerce hacia abajo se ejerce hacia arriba sobre la masa, porque la cuerda, pasando por la polea, cambia la dirección de la fuerza. En este caso, si F es mayor que mg, que puede levantar la masa. Si se aplica ninguna fuerza sobre el objeto (lo que significa que no hay tensión en la cuerda), entonces la única fuerza que actúa sobre ella es la gravedad, Fgravedad, por lo que el objeto cae libremente y se acelera a un ritmo de -gramo (El signo negativo indica que la aceleración es hacia abajo), porque
Si se aplica una fuerza sobre la cuerda de magnitud F, a continuación, se transmite por la cuerda y la polea para el objeto como una fuerza dirigida hacia arriba de la misma magnitud. Por lo tanto, la fuerza total sobre el objeto está dada por la suma de estas dos fuerzas,
Por la segunda ley de Newton, la suma de las fuerzas sobre una masa es igual a mamá. Por lo tanto, si la fuerza se aplica tirando hacia abajo de la cuerda es mayor que el peso del objeto (mg), Entonces el objeto se acelerará hacia arriba.
Video: 3ª Ley de Newton: Acción y Reacción - Experimento Con Globos
La fuerza F, actuando solo, sin gravedad, aceleraría el objeto hacia arriba a una velocidad que se puede llamar un:
Así se puede ver que si F es mayor que mg, entonces un es mayor que gramo y el objeto acelera hacia arriba.
Pero este uso de cambio de la fuerza de una cuerda y la polea tiene un costo, porque no se puede engañar a la tercera ley de Newton. Suponga que usted levanta la masa y se cuelga en el aire. En este caso, F debe ser igual mg para mantener inmóvil masa. La dirección de su fuerza está siendo cambiado de baja a hacia arriba. ¿Cómo se hace eso?
Para resolver esto, considere la fuerza que el apoyo de la polea ejerce sobre el techo. ¿Cuál es esa fuerza? Debido a que la polea no se está acelerando en cualquier dirección, usted sabe que
en la polea. Esto significa que todas las fuerzas que actúan sobre la polea, cuando se suman, dan a poner a cero.
Desde el punto de vista de la polea, dos fuerzas tiran a la baja: la fuerza F se tira con fuerza y la mg que la masa ejerce sobre usted (porque nada se está moviendo en este momento). Eso es 2F hacia abajo. Para equilibrar todas las fuerzas y obtener 0 en total, el apoyo de la polea debe ejercer una fuerza de 2F hacia arriba.