¿Se puede usar un globo como punto de anclaje para una polea?

No creo que esto pueda funcionar, incluso con tu aclaración de que el globo está atado al suelo. Identifiquemos todas las fuerzas. El globo tiene flotabilidad, tirando de él hacia arriba. llamaré así$F_b$(b para globo o flotabilidad). El globo tira de la polea hacia arriba. Llamaré a la tensión en la cuerda que amarra la polea al suelo$F_s$(para estaca). Eso tira de la polea hacia abajo. La gravedad tira del paquete hacia abajo ($F_p$para carga útil). Luego tiras de la cuerda con una fuerza aplicada$F_a$. Esa fuerza tira hacia arriba de la carga útil y hacia abajo de la polea dos veces.

Hay dos casos, equilibrio y no equilibrio:

1. en equilibrio, no hay fuerza neta sobre la carga útil, por lo que$F_p = F_a$. Tampoco hay fuerza neta sobre la polea, por lo que$2F_a + F_s = F_b$. Combinar y reorganizar términos te da$2F_p = F_b - F_s$. En este caso, imagina que estás sujetando la cuerda con suficiente tensión para evitar que todo se mueva.
2. Ahora tiras de la cuerda un poco más fuerte, así que$F_a$aumenta, y ahora$F_a > F_p$. Calculemos la fuerza neta sobre la polea. Es$2F_a + F_s - F_b$. Sustituyendo en la ecuación anterior nos da$2F_a + F_b - 2F_p - F_b = 2(F_a - F_p) > 0$. Entonces la polea se mueve hacia abajo.

Ese resultado es independiente de la flotabilidad de su globo. Normalmente, estas cosas pueden funcionar porque la polea está obligada a no moverse. No veo cómo hacer eso aquí: cualquier aumento en$F_b$será compensado por un aumento equivalente en$F_s$.

Para una polea simple del peso de la carga útil y la fuerza aplicada en el otro extremo de la cuerda. Cuando intenta tirar del peso hacia arriba, está aplicando una fuerza descendente adicional sobre el globo, por lo que su fuerza descendente total es 2 veces el peso de la carga útil. La fuerza hacia arriba del globo es menor que eso, por lo que el globo desciende hasta que deja de tirar, luego el globo solo tiene que levantar la masa de la carga útil, por lo que vuelve a subir.

El problema que enfrentará es que para no descender cuando tire de la polea, el globo deberá ser capaz de levantar 2 veces el peso de la carga útil. Por lo tanto, ¡ascenderá con la carga útil cuando no esté tirando!

Cuando intenta tirar de la cuerda a través de la polea, un componente de la fuerza aplicada actúa hacia abajo como se muestra en la figura, por lo que la fuerza hacia abajo debida a la masa y fcos (θ) supera la fuerza aplicada por el globo y comienza a bajar. Pero cuando dejas de aplicar la fuerza nuevamente, la fuerza aplicada por el globo aumenta y comienza a subir y la masa también comienza a subir ya que la longitud de la cuerda es más corta en comparación con la anterior y el globo comienza a subir hasta el final. las fuerzas estan balanceadas

¿Qué sucederá con esta configuración cuando sostenga el globo? El globo aplicará una fuerza que será mayor que el peso de la carga útil, lo que puede hacer que se eleve aquí. El trabajo del mecanismo de bloqueo y la superficie con los dientes. viene cuando desea elevar la carga útil, simplemente suelte la polea y comenzará a rodar permitiendo que la carga útil se eleve y cuando desee detener el aumento, simplemente bloquee la polea y la polea dentada evitará que la cuerda se deslice sobre ella, lo que puede hacer que se levante. Y también debe tener otra arboleda al costado de la polea equipada con una cuerda para que, si desea bajar la carga útil, simplemente tire de la cuerda para que la polea gire en la dirección opuesta y haga que descienda. Espero haberte ayudado, si tienes algún problema para entender mi idea avísame

Después de hojear las otras respuestas, parece que nadie está pensando en la fricción. No creo que las fuerzas de fricción en este sistema sean insignificantes. Aún así, yo también lo haré. Porque, en cualquier caso, solo puedo ver este funcionamiento si el globo tiene una gran flotabilidad mientras un techo le impide ascender a su altura máxima.

Colin McFaul pone su dedo en la cuestión vital: si se permite que el globo ascienda a su altura máxima, por supuesto que tirar de él hará que descienda. ¡Estaba en equilibrio! Todas las fuerzas se anulan entre sí perfectamente en equilibrio. Por lo tanto, aplicarle una fuerza adicional hacia abajo (tirar de la cuerda) hará que se mueva hacia una nueva posición de equilibrio a una altura más baja.

Esto no sucede si sujetas el globo hacia atrás, no lo dejes llegar a la altura máxima que permite su flotabilidad. En otras palabras: usa un techo. Luego, si el techo es lo suficientemente bajo (o por el contrario, si la flotabilidad es lo suficientemente fuerte), tirar de la cuerda agregará una fuerza adicional hacia abajo, pero el globo todavía tiene algo de flotabilidad adicional (que no podría convertir en altura adicional debido a el techo) por lo que permanecerá donde está por un tiempo más, hasta que no pueda mantener el equilibrio en la misma posición.

Entonces eso es lo que intentaría: usar un techo. Hágalo lo suficientemente bajo y obtenga la mayor flotabilidad posible de los globos.

Pensando fuera de la caja, he traído una respuesta a esto que funciona en papel. Al usar las fuerzas enumeradas en la pregunta original (elevación del globo @ 6 lb y carga útil @ 8 oz), he incluido las siguientes fuerzas como necesarias para diseñar una solución. Primero, el peso + gravedad de la polea (enumero en 4 oz), el sistema de polea secundaria (fuerza de fricción de 0,5 oz que explicaré más adelante), la cuerda de carga útil (enumero en 2 oz) y la fuerza de tracción (2 lb por tirón). La configuración para esto se basa en quitar completamente las líneas de guía del globo de elevación y, en su lugar, unir 2 juegos de 3 líneas de guía a dos poleas adicionales que están ancladas a unos 2 pies por debajo del globo de carga útil cuando está en reposo. Estas dos poleas adicionales se mantienen a flote mediante dos mini globos, cada uno anclado a cada lado de cada polea, manteniendo uno justo encima del otro en el aire. Para completar la configuración, la polea principal se conecta directamente a la parte inferior del globo de carga útil. la cuerda principal que se usa para elevar la carga útil pasa a través de las dos poleas descentradas debajo del globo de carga útil y luego pasa a través de la polea principal unida al globo de carga útil, en esencia creando dos sistemas de poleas diferentes para esto sin aumentar el peso de la carga útil /polea principal. La idea es no anclar el globo, sino usar la sustentación del globo como una fuerza dinámica además de la fuerza de tracción aplicada durante cada tirón de la cuerda principal. A medida que se aplica cada tirón, los sistemas de poleas reducirán la fuerza requerida para jalar la carga útil con el sistema de poleas secundario guiando la línea para que el sistema no se desvíe con cada tirón. Después de cada tirón, se permite que el globo de carga útil se eleve tirando de la carga útil además de la fuerza aplicada durante cada tirón. Al no anclar el globo, permitimos que el globo haga la mayor parte del tirón.