Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Energia, siła, praca i moc
- Równanie mocy mechanicznej
- Moc w ruchu liniowym
- Przykładowa kalkulacja: noszenie prania
- Ostatnia uwaga na temat złożoności
Możesz znaleźć moc mechaniczna w użyciu wszędzie we współczesnym świecie. Czy jeździłeś dzisiaj samochodem? Wykorzystywał energię, albo z paliwa, albo z akumulatora, do poruszania połączonych ze sobą szeregu elementów mechanicznych - osi, kół zębatych, pasów i tak dalej - aż w końcu energia ta została wykorzystana do obracania kół i jazdy pojazdu do przodu.
Moc w fizyce jest miarą oceniać w którym praca z biegiem czasu. Słowo „mechaniczny” ma jedynie charakter opisowy; informuje, że moc jest związana z maszyną i ruchem różnych elementów, takich jak układ napędowy samochodu lub koła zębate zegara.
Formuła mocy mechanicznej wykorzystuje te same podstawowe prawa fizyki, które są stosowane w przypadku innych form mocy.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Moc P. jest zdefiniowany jako praca W. koniec czas t według następującego wzoru. Uwaga na temat jednostek: moc powinna być wyrażona w watach (W), praca w dżulach (J), a czas w sekundach (s) - zawsze sprawdź dwukrotnie przed wprowadzeniem swoich wartości.
P. = W. / t
Moc mechaniczna podlega tym samym prawom, które regulują inne rodzaje mocy, takie jak chemiczna lub termiczna. Moc mechaniczna to po prostu moc związana z ruchomymi elementami układu mechanicznego, na przykład zębatkami, kołami i kołami w zabytkowym zegarze.
Energia, siła, praca i moc
Aby zrozumieć wyrażenie dotyczące mocy mechanicznej, pomocne jest określenie czterech powiązanych ze sobą terminów: energia, siła, praca i moc.
Równanie mocy mechanicznej
Ze względu na związek między energią a pracą istnieją dwa popularne sposoby matematycznego wyrażania władzy. Pierwszy dotyczy praca W. i czas t:
P. = W./t
Moc w ruchu liniowym
Jeśli masz do czynienia z ruchem liniowym, możesz założyć, że dowolna przyłożona siła porusza obiekt do przodu lub do tyłu wzdłuż prostej ścieżki zgodnie z działaniem sił - pomyśl o pociągach na torze. Ponieważ element kierunkowy w zasadzie sam się o siebie troszczy, możesz także wyrazić moc w postaci prostej formuły siła, dystans, i prędkość.
W tych sytuacjach praca W. można zdefiniować jako siła fa × dystans re. Podłącz to do podstawowego równania powyżej, a otrzymasz:
P. = fa ×d / t
Zauważyłeś coś znajomego? Z ruchem liniowym dystans podzielony przez czas jest definicją prędkość (przeciwko), abyśmy mogli wyrazić moc jako:
P. = fa(re/t) = fa × przeciwko
Przykładowa kalkulacja: noszenie prania
OK, to było dużo abstrakcyjnej matematyki, ale pozwólmy jej teraz działać, aby rozwiązać przykładowy problem:
Twoi rodzice proszą cię o zabranie na górę 10 kg czystego prania. Jeśli wejście na schody zajmuje zwykle 30 sekund, a schody mają 3 metry wysokości, oszacuj, ile mocy będziesz musiał zużyć, aby przenieść ubrania z dołu schodów na górę.
Na podstawie podpowiedzi znaliśmy ten czas t będzie 30 sekund, ale nie mamy wartości do pracy W.. Możemy jednak uprościć scenariusz w celu oszacowania. Zamiast martwić się o przesunięcie prania w górę i do przodu na każdym kroku, załóżmy, że po prostu podnosisz go w linii prostej od jego początkowej wysokości. Teraz możemy użyć P. = fa × re / t ekspresja mocy mechanicznej, ale wciąż musimy obliczyć zaangażowaną siłę.
Aby nieść pranie, musisz przeciwdziałać sile grawitacji. Ponieważ siła grawitacji wynosi F = mg w kierunku do dołu, musisz zastosować tę samą siłę w kierunku do góry. Zauważ, że sol to przyspieszenie ziemskie, które na Ziemi wynosi 9,8 m / s2. Mając to na uwadze, możemy stworzyć rozszerzoną wersję standardowej formuły mocy:
P. = (m × sol) (re / t)
I możemy podłączyć nasze wartości dotyczące masy, przyspieszenia, odległości i czasu:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 wata
Musisz więc wydać około 9,08 wata na noszenie prania.
Ostatnia uwaga na temat złożoności
Nasza dyskusja została ograniczona do dość prostych scenariuszy i stosunkowo prostej matematyki. W zaawansowanej fizyce wyrafinowane formy mechanicznego równania mocy mogą wymagać użycia rachunku różniczkowego i dłuższego, bardziej skomplikowanych wzorów, które uwzględniają wiele sił, zakrzywiony ruch i inne skomplikowane czynniki.
Jeśli potrzebujesz bardziej szczegółowych informacji, baza danych HyperPhysics hostowana przez Georgia State University jest doskonałym źródłem informacji.