Un cable de ascensor se romperá si su tensión excede los 10,000 kN. ¿Qué carga máxima puede soportar el elevador de 400 kg si acelera a 3.2 m / s ^ 2 desde el reposo hasta que gana una velocidad de 5 m / s?

Esa fuerza del cable parece un poco alta, pero responderé a su pregunta usando su fuerza máxima de cable de [matemática] T = 10 ^ 7 N. [/ matemática]

Primero determine el peso del elevador:

[matemáticas] F = ma [/ matemáticas]

o

[matemática] W = mg = (400 kg) (9.81 \ frac {m} {s ^ 2}) = 3924 N [/ matemática]

Dibuje un diagrama de cuerpo libre del elevador y la carga que muestre todas las fuerzas que actúan:

Las tres fuerzas que actúan son la tensión en el cable, el peso del elevador y el peso de la carga. La masa total del elevador más la carga es:

[matemáticas] m = (400 kg) + (\ frac {W} {9.81}) [/ matemáticas]

Elijo la convención de signos: arriba = positivo, abajo = negativo.

Ahora simplemente escriba la segunda ley de Newton en la dirección y usando unidades de [N] para cada término:

[matemáticas] \ Sigma F_y = ma_y [/ matemáticas]

[matemática] 10 ^ 7-3924-W = (400 kg + \ frac {W} {9.81}) (3.2 \ frac {m} {s ^ 2}) [/ matemática]

[matemáticas] 10 ^ 7-3924-W = (400) (3.2) + W (\ frac {3.2} {9.81}) [/ matemáticas]

[matemáticas] 10 ^ 7-3924 = 1280 + W (\ frac {3.2} {9.81}) [/ matemáticas]

[matemáticas] W = 7540000 N [/ matemáticas]

Pero su número menos preciso dado en el problema solo tiene una precisión de figura significativa, por lo que mi respuesta final solo debe tener una precisión de 1 sig fig:

[matemáticas] W = 8000000 N [/ matemáticas]

Lo dividiría en tres partes: calcular la fuerza total por kilogramo a esa aceleración, dividir 10,000,000N por eso, luego restar 400 kg de la masa obtenida. La velocidad final es irrelevante.

Primero, la aceleración debida a la gravedad al nivel del mar es [matemática] 9.8ms ^ {- 2} [/ matemática] (supongo que aquí solo nos importa el primer punto decimal porque la aceleración del elevador se da de esa forma) . La aceleración del elevador encima de eso es [matemática] 3.2ms ^ {- 2} [/ matemática]. En resumen, obtenemos [matemáticas] 13 ms ^ {- 2} [/ matemáticas].

Molesto, esto no se divide convenientemente en diez millones, pero da un número un poco como 769,231 kg. Como solo hemos utilizado dos cifras significativas para todos los demás cálculos, redondearé eso a 770 toneladas (una tonelada es mil kilogramos).

El elevador en sí pesa 0.4 toneladas, lo que no hace una diferencia significativa en la carga: todavía alrededor de 770 toneladas.

Vale la pena mencionar que un cable de ascensor con una tensión de ruptura de mil toneladas es excesivo para un elevador de 400 kg, así que supongamos que el cable tiene una tensión de ruptura de 10,000N. En ese caso, la capacidad total es de 770 kg y ofrece una carga neta de 370 kg. Esto parece más realista. Yo peso 90 kg, por lo que este ascensor podría contener cuatro de mí. Este es un ascensor muy pequeño.

Otra pregunta dice que la masa promedio en vacío de un elevador de doce personas es de 1200 kg, que es tres veces el tamaño y tiene capacidad para tres veces la gente, por lo que esta cifra parece más probable que un cable de mil toneladas.

¿Cuánto pesa un elevador VACÍO promedio? El tamaño del elevador sería de aproximadamente 12 personas como máximo.

[matemática] F = m * a, F = 10,000e3, a = 3.2, m = 400 + carga [/ matemática]

[matemáticas] => 10,000e3 = (400 + carga) * 3.2 [/ matemáticas]