Можете да намерите механична мощностизползвани навсякъде в съвременния свят. Днес карахте ли се с кола? Той използва енергия, или от гориво или от батерия, за преместване на взаимосвързана поредица от механични компоненти - оси, зъбни колела, ремъци и така нататък - докато накрая тази енергия се използва за въртене на колелата и преместване на превозното средство напред.
Мощноствъв физиката е мярка заставкапри което работасе извършва с течение на времето. Думата „механичен“ е само описателна; той ви казва, че мощността е свързана с машина и движението на различни компоненти като задвижването на кола или зъбните колела на часовника.
Формулата на механичната мощност използва същите основни физически закони, които се използват за други форми на мощност.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
МощностP се определя като работаWнадвремеTсъгласно следната формула. Забележка за мерните единици: мощността трябва да бъде във ватове (W), да работи в джаули (J) и време в секунди (s) - винаги проверявайте отново преди да включите вашите стойности.
Механичната мощност следва същите закони, които управляват и други видове мощности като химическа или термична. Механична мощносте просто мощност, свързана с подвижните компоненти на механична система, например зъбни колела, колела и ролки в античен часовник.
Енергия, сила, работа и мощ
За да има смисъл от израза за механична мощност, е полезно да се изложат четири взаимосвързани термина:енергия, сила, работаимощност.
- TheенергияЕ.обектът е мярка за това колко работа може да свърши; с други думи, колко движение има потенциал да създаде. Измерва се в джаули (J).
- AсилаFпо същество е тласък или издърпване. Силите прехвърлят енергия между обектите. Подобно на скоростта, силата има и дветевеличинаипосока. Измерва се в нютони (N).
- Ако сила движи обектв същата посокадейства, изпълнява работа. По дефиниция е необходима една единица енергия за изпълнение на една единица работа. Тъй като енергията и работата се определят по отношение един на друг, и двамата се измерват в джаули (J).
- Мощносте мярка за ставкапри което се извършва работаилиизползва се енергия с течение на времето. Стандартната единица за мощност е вата (W).
Уравнение за механична мощност
Поради връзката между енергията и работата има два често срещани начина за математическо изразяване на силата. Първият е по отношение наработа Wивреме T:
P = \ frac {W} {t}
Мощност в линейно движение
Ако имате работа с линейно движение, можете да приемете, че всяка приложена сила или движи обект напред или назад по права пътека в съответствие с действието на силата - помислете за влакове на a писта. Тъй като насоченият компонент основно се грижи за себе си, можете също така да изразявате мощност чрез проста формула, използвайкисила, разстояние, искорост.
В тези ситуацииработа Wможе да се определи катосила F × разстояние д. Включете го в основното уравнение по-горе и получавате:
P = \ frac {Fd} {t}
Забелязвате ли нещо познато? С линейно движение,разстояниеразделена навремее определението заскорост (v), така че можем да изразим властта като:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Примерно изчисление: Носене на пране
Добре, това беше много абстрактна математика, но нека го включим сега, за да решим примерния проблем:
Родителите ви молят да носите 10 килограма чист пране горе. Ако обикновено ви отнема 30 секунди, за да се изкачите по стълбите, а стълбите са високи 3 метра, изчислете колко енергия ще ви е необходима, за да носите дрехите от дъното на стълбището до Горна част.
Въз основа на подканата знаехме това времеTще бъде 30 секунди, но нямаме стойност за работаW. Въпреки това можем да опростим сценария за оценка. Вместо да се притеснявате за преместване на прането нагоре и напред на всяка отделна стъпка, нека приемем, че просто го повдигате по права линия от началната му височина. Сега можем да използвамеP = F × д / Tизраз на механична сила, но все пак трябва да разберем силата, която участва.
За да носите прането, трябва да противодействате на силата на гравитацията върху него. Тъй като силата на гравитацията еF = mgв посока надолу, трябва да приложите същата сила в посока нагоре. Забележи, чеже ускорението поради гравитацията, което на Земята е 9,8 m / s2. Имайки предвид това, можем да създадем разширена версия на стандартната формула на мощността:
P = mg \ frac {d} {t}
И можем да включим нашите стойности за маса, ускорение, разстояние и време:
P = (10 \ по 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {вата}
Така че ще трябва да похарчите около 9,08 вата, за да носите прането.
Последна бележка за сложността
Нашата дискусия беше ограничена до доста ясни сценарии и сравнително проста математика. В напредналата физика сложните форми на уравнението на механичната мощност може да изискват използването на смятане и по-дълги, по-сложни формули, които отчитат множество сили, извито движение и други усложняващи фактори.
Ако имате нужда от по-задълбочена информация, База данни на HyperPhysics домакин от Държавния университет в Джорджия е отличен ресурс.