Můžeš najít mechanická sílapoužívá se všude v moderním světě. Jezdili jste dnes v autě? Energii, ať už z paliva nebo z baterie, využívalo k pohybu vzájemně propojené řady mechanických součástí - nápravy, ozubená kola, pásy atd. - až nakonec byla tato energie použita k roztočení kol a pohybu vozidla vpřed.
Napájeníve fyzice je měřítkemhodnotitna kterém prácese provádí v průběhu času. Slovo „mechanické“ je pouze popisné; řekne vám, že síla je spojena se strojem a pohybem různých komponent, jako je hnací ústrojí automobilu nebo ozubené kolo hodin.
Vzorec mechanické síly používá stejné základní fyzikální zákony, které se používají pro jiné formy síly.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
NapájeníP je definován jako práceŽpřesčastpodle následujícího vzorce. Poznámka k jednotkám: výkon by měl být ve wattech (W), práce v joulech (J) a čas v sekundách (s) - před připojením hodnot vždy dvakrát zkontrolujte.
Mechanická síla se řídí stejnými zákony, které se vztahují na jiné typy energie, jako je chemická nebo tepelná.
Mechanická sílaje jednoduše síla spojená s pohyblivými součástmi mechanického systému, například ozubenými koly, koly a řemenicemi uvnitř starožitných hodin.Energie, síla, práce a síla
Abychom pochopili výraz pro mechanickou sílu, je užitečné stanovit čtyři vzájemně související výrazy:energie, platnost, práceaNapájení.
- TheenergieEobjekt obsahuje je míra toho, kolik práce může udělat; jinými slovy, kolik pohybu má potenciál vytvořit. Měří se v joulech (J).
- AplatnostFje v podstatě tlakem nebo tahem. Síly přenášejí energii mezi objekty. Stejně jako rychlost má síla obojívelikostasměr. Měří se v Newtonech (N).
- Pokud síla pohybuje objektemve stejném směrujedná, hraje práce. Podle definice je k provedení jedné jednotky práce potřeba jedna jednotka energie. Protože energie a práce jsou navzájem definovány, měří se oba v joulech (J).
- Napájeníje měřítkem hodnotitna kterém práce je provedenanebopoužívá se energie přesčas. Standardní jednotka výkonu je watt (W).
Rovnice pro mechanickou sílu
Kvůli vztahu mezi energií a prací existují dva běžné způsoby matematického vyjádření moci. První je z hlediskapráce Žačas t:
P = \ frac {W} {t}
Síla v lineárním pohybu
Pokud máte co do činění s lineárním pohybem, můžete předpokládat, že jakákoli použitá síla buď posune objekt dopředu nebo dozadu po přímé dráze v souladu s působením síly - myslete na vlaky na a dráha. Protože se směrový komponent v zásadě stará sám o sobě, můžete také vyjádřit sílu pomocí jednoduchého vzorce pomocíplatnost, vzdálenost, arychlost.
V těchto situacíchpráce Žlze definovat jakoplatnost F × vzdálenost d. Připojte to k základní rovnici výše a získáte:
P = \ frac {Fd} {t}
Všimli jste si něčeho známého? S lineárním pohybem,vzdálenostdělenočasje definice prorychlost (proti), takže můžeme také vyjádřit moc jako:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Příklad výpočtu: Přeprava prádla
Dobře, to byla spousta abstraktních matematik, ale pojďme to nyní vyřešit vzorový problém:
Vaši rodiče vás požádají, abyste nahoře odnesli 10 kilogramů čistého prádla. Pokud vám normálně trvá 30 sekund vylézt po schodech a schody jsou vysoké 3 metry, odhadněte kolik energie budete potřebovat, abyste mohli nosit oblečení ze spodní části schodiště do horní.
Na základě výzvy jsme věděli, že častbude 30 sekund, ale nemáme hodnotu pro práciŽ. Můžeme však scénář kvůli odhadu zjednodušit. Spíše než starat se s pohybem prádla nahoru a dopředu na každém jednotlivém kroku, předpokládejme, že ho jednoduše zvednete v přímce ze své počáteční výšky. Nyní můžeme použítP = F × d / tvyjádření mechanické síly, ale stále musíme přijít na sílu, která s tím souvisí.
Abyste mohli prádlo nosit, musíte působit proti gravitační síle. Protože gravitační síla jeF = mgve směru dolů musíte použít stejnou sílu ve směru nahoru. Všimněte si, žeGje gravitační zrychlení, které je na Zemi 9,8 m / s2. S ohledem na to můžeme vytvořit rozšířenou verzi standardního vzorce výkonu:
P = mg \ frac {d} {t}
A můžeme připojit naše hodnoty pro hmotnost, zrychlení, vzdálenost a čas:
P = (10 \ krát 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {wattů}
Takže budete muset vynaložit asi 9,08 wattů na přepravu prádla.
Závěrečná poznámka o složitosti
Naše diskuse byla omezena na poměrně jednoduché scénáře a relativně jednoduchou matematiku. V pokročilé fyzice mohou sofistikované formy rovnice mechanické síly vyžadovat použití počtu a delší a složitější vzorce, které berou v úvahu více sil, zakřivený pohyb a další komplikující faktory.
Pokud potřebujete podrobnější informace, HyperPhysics databáze hostitelem Georgia State University je vynikajícím zdrojem.