การใช้รอกเพื่อแสดงกฎข้อที่สามของนิวตัน

โดย Steven Holzner

ในวิชาฟิสิกส์ ไม่มีแรงใดเกิดขึ้นได้หากไม่มีแรงที่เท่ากันและตรงข้าม (แม้ว่าแรงที่ตรงข้ามกันนั้นบางส่วนจะมาจากการทำให้วัตถุมีความเร่ง) เชือกและรอกสามารถทำงานร่วมกันเพื่อเปลี่ยนทิศทางของแรงที่คุณใช้ แต่ไม่ใช่ฟรี เพื่อที่จะเปลี่ยนทิศทางของแรงของคุณจาก – F (นั่นคือ ลง) ถึง + F (ขึ้นไปบนมวล) ส่วนรองรับของรอกต้องตอบสนองด้วยแรง2 เอฟ



นี่คือวิธีการทำงาน: เมื่อคุณดึงเชือกในระบบรอกเพื่อยกวัตถุที่อยู่นิ่ง คุณจะยกมวลขึ้นหากคุณออกแรงมากพอที่จะเอาชนะน้ำหนักของมัน มก. ที่ไหน g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่พื้นผิวโลก 9.8 เมตร/วินาทีสอง. ลองดูที่รูปซึ่งมีเชือกลากผ่านรอกและลงไปที่มวล เมตร



โดยใช้ลูกรอกออกแรงโดยใช้ลูกรอกออกแรง

เชือกและลูกรอกทำหน้าที่ร่วมกันไม่เพียงแต่ส่งแรงที่คุณออกเท่านั้น เอฟ แต่ยังต้องเปลี่ยนทิศทางของแรงนั้นดังที่คุณเห็นในรูป แรงที่คุณกระทำลงไปจะพุ่งขึ้นไปบนมวล เนื่องจากเชือกที่ลากผ่านรอกจะเปลี่ยนทิศทางของแรง ในกรณีนี้ ถ้า F มีค่ามากกว่า มก. คุณสามารถยกมวล หากคุณไม่ใช้แรงกับวัตถุ (หมายถึงไม่มีแรงตึงในเชือก) แรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นมีเพียงแรงโน้มถ่วง F แรงโน้มถ่วง ดังนั้นวัตถุตกลงอย่างอิสระและเร่งความเร็วในอัตรา - g (เครื่องหมายลบแสดงว่าความเร่งลดลง) เพราะ

image1.png



หากคุณใช้แรงบนเชือกขนาด เอฟ จากนั้นเชือกและรอกจะถูกส่งผ่านไปยังวัตถุเป็นแรงพุ่งขึ้นข้างบนที่มีขนาดเท่ากัน ดังนั้น แรงทั้งหมดบนวัตถุจึงถูกกำหนดโดยผลรวมของแรงทั้งสองนี้

image2.png

ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ผลรวมของแรงต่อมวลเท่ากับ หม่า . ดังนั้น ถ้าแรงที่ใช้ดึงเชือกลงมามีค่ามากกว่าน้ำหนักของวัตถุ ( มก. ) จากนั้นวัตถุจะเร่งขึ้น



แรง F การกระทำคนเดียวโดยไม่มีแรงโน้มถ่วงจะเร่งวัตถุขึ้นในอัตราที่คุณสามารถเรียกได้ you ถึง:

image3.png

คุณจะเห็นได้ว่าถ้า F มีค่ามากกว่า มก. แล้ว ถึง มีค่ามากกว่า g และวัตถุก็เร่งขึ้น

แต่การใช้เชือกและรอกที่เปลี่ยนแรงนี้ต้องแลกมาด้วยต้นทุน เพราะคุณไม่สามารถโกงกฎข้อที่สามของนิวตันได้ สมมติว่าคุณยกมวลขึ้นและแขวนอยู่ในอากาศ ในกรณีนี้, F ต้องเท่ากัน มก. เพื่อให้มวลอยู่กับที่ ทิศทางของแรงของคุณกำลังเปลี่ยนจากลงเป็นขึ้น มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

หากต้องการทราบสิ่งนี้ ให้พิจารณาถึงแรงที่รอกของรอกส่งไปบนเพดาน พลังนั้นคืออะไร? เพราะลูกรอกไม่เร่งไปทางไหนก็รู้

image4.png

บนลูกรอก นั่นหมายความว่าแรงทั้งหมดบนรอก เมื่อรวมกันแล้ว จะทำให้คุณเป็นศูนย์

จากมุมมองของรอก แรงสองแรงดึงลง: แรง F คุณดึงด้วยและแรง มก. ที่มวลชนออกแรงกับคุณ (เพราะตอนนี้ไม่มีอะไรเคลื่อนไหว) นั่นคือ2 F ลง เพื่อให้แรงทั้งหมดสมดุลและได้รวมเป็น 0 รอกรองรับต้องใช้แรง2 F ขึ้นไป