Πώς να υπολογίσετε τη μηχανική ισχύ

Μπορείς να βρεις μηχανική ισχύςχρησιμοποιείται παντού στον σύγχρονο κόσμο. Οδήγησες με αυτοκίνητο σήμερα; Χρησιμοποίησε ενέργεια, είτε από καύσιμο είτε από μπαταρία, για να μετακινήσει μια διασυνδεδεμένη σειρά μηχανικών εξαρτημάτων - άξονες, γρανάζια, ζώνες και ούτω καθεξής - έως ότου, τελικά, χρησιμοποιήθηκε αυτή η ενέργεια για να περιστραφούν οι τροχοί και να κινηθεί το όχημα προς τα εμπρός.

​Εξουσίαστη φυσική είναι ένα μέτρο τουτιμήστο οποίο εργασίαεκτελείται με την πάροδο του χρόνου. Η λέξη «μηχανική» είναι απλώς περιγραφική. σας λέει ότι η ισχύς συνδέεται με ένα μηχάνημα και την κίνηση διαφορετικών εξαρτημάτων, όπως το σύστημα μετάδοσης κίνησης ενός αυτοκινήτου ή τα γρανάζια ενός ρολογιού.

Ο τύπος μηχανικής ισχύος χρησιμοποιεί τους ίδιους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής που χρησιμοποιούνται για άλλες μορφές ισχύος.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

​ΕξουσίαΠ ​ορίζεται ως εργασίαΔ​πάνω απόχρόνοςτ​σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο. Σημείωση σχετικά με τις μονάδες: η ισχύς πρέπει να είναι σε Watt (W), να λειτουργεί σε joules (J) και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα (s) - να ελέγχετε πάντα πριν συνδέσετε τις τιμές σας.

Η μηχανική ισχύς ακολουθεί τους ίδιους νόμους που διέπουν άλλους τύπους ισχύος όπως η χημική ή η θερμική. Μηχανική ισχύςείναι απλώς δύναμη που σχετίζεται με τα κινούμενα εξαρτήματα ενός μηχανικού συστήματος, για παράδειγμα τα γρανάζια, οι τροχοί και οι τροχαλίες μέσα σε ένα ρολόι αντίκες.

Για να κατανοήσετε την έκφραση της μηχανικής ισχύος, είναι χρήσιμο να διατυπώσετε τέσσερις αλληλένδετους όρους:ενέργεια​, ​δύναμη​, ​εργασίακαιεξουσία​.

• οενέργειαμι​ένα αντικείμενο περιέχει είναι ένα μέτρο του πόσο δουλειά μπορεί να κάνει? Με άλλα λόγια, πόσο κίνηση έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει. Μετράται σε joules (J).
• ΕΝΑδύναμηφά​είναι στην ουσία μια ώθηση ή έλξη. Οι δυνάμεις μεταφέρουν ενέργεια μεταξύ αντικειμένων. Όπως η ταχύτητα, η δύναμη έχει και τα δύομέγεθοςκαικατεύθυνση. Μετράται σε Newtons (N).
• Εάν μια δύναμη μετακινεί ένα αντικείμενοπρος την ίδια κατεύθυνσηενεργεί, αποδίδει εργασία. Εξ ορισμού, απαιτείται μία μονάδα ενέργειας για την εκτέλεση μιας μονάδας εργασίας. Επειδή η ενέργεια και η εργασία ορίζονται μεταξύ τους, μετράται και τα δύο σε joules (J).
• ​Εξουσίαείναι ένα μέτρο του τιμήστο οποίο η εργασία εκτελείταιήχρησιμοποιείται ενέργεια  στο περασμα του χρονου. Η τυπική μονάδα ισχύος είναι το watt (W).

Λόγω της σχέσης μεταξύ ενέργειας και εργασίας, υπάρχουν δύο συνήθεις τρόποι μαθηματικής έκφρασης της δύναμης. Το πρώτο είναι σε όρουςεργασία​ ​Δκαιχρόνος​ ​τ​:

Εάν ασχολείστε με τη γραμμική κίνηση, μπορείτε να υποθέσετε ότι οποιαδήποτε δύναμη εφαρμόζεται είτε μετακινεί ένα αντικείμενο προς τα εμπρός ή προς τα πίσω κατά μήκος μιας ευθείας διαδρομής, σύμφωνα με τη δράση της δύναμης - σκεφτείτε τρένα σε α πίστα. Επειδή το κατευθυντικό συστατικό βασικά φροντίζει, μπορείτε επίσης να εκφράσετε τη δύναμη από την άποψη ενός απλού τύπου χρησιμοποιώνταςδύναμη​, ​απόσταση, καιταχύτητα​.

Σε αυτές τις καταστάσεις,εργασία​ ​Δμπορεί να οριστεί ωςδύναμη​ ​φά​ × ​απόσταση​ ​ρε. Συνδέστε το στη βασική εξίσωση παραπάνω και λαμβάνετε:

Παρατηρείτε κάτι οικείο; Με γραμμική κίνηση,απόστασηδιαιρεμένος μεχρόνοςείναι ο ορισμός γιαταχύτητα​ (​β, έτσι μπορούμε επίσης να εκφράσουμε τη δύναμη ως:

Ένα παράδειγμα υπολογισμού: Μεταφορά πλυντηρίου

Εντάξει, αυτό ήταν πολύ αφηρημένο μαθηματικό, αλλά ας το κάνουμε τώρα για να λύσουμε ένα δείγμα προβλήματος:

​Οι γονείς σου σας ζητούν να μεταφέρετε 10 κιλά καθαρό πλυντήριο στον επάνω όροφο. Εάν συνήθως χρειάζεστε 30 δευτερόλεπτα για να ανεβείτε τις σκάλες και οι σκάλες έχουν ύψος 3 μέτρα, υπολογίστε πόση δύναμη θα χρειαστεί να ξοδέψετε για να μεταφέρετε τα ρούχα από το κάτω μέρος της σκάλας στο μπλουζα.​

Με βάση την προτροπή, γνωρίζαμε εκείνη την ώρατθα είναι 30 δευτερόλεπτα, αλλά δεν έχουμε αξία για τη δουλειάΔ. Ωστόσο, μπορούμε να απλοποιήσουμε το σενάριο για λόγους εκτίμησης. Αντί να ανησυχείτε για τη μετακίνηση των ρούχων προς τα πάνω και προς τα εμπρός σε κάθε μεμονωμένο βήμα, ας υποθέσουμε ότι απλώς το ανεβάζετε σε ευθεία γραμμή από το αρχικό του ύψος. Τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τοΠ​ = ​φά​ × ​ρε​ / ​τέκφραση της μηχανικής ισχύος, αλλά πρέπει ακόμη να καταλάβουμε τη δύναμη που εμπλέκεται.

Για να μεταφέρετε τα ρούχα, πρέπει να εξουδετερώσετε τη δύναμη της βαρύτητας σε αυτό. Δεδομένου ότι η δύναμη της βαρύτητας είναιF = mgπρος την κατεύθυνση προς τα κάτω, πρέπει να ασκήσετε την ίδια δύναμη στην ανοδική κατεύθυνση. Σημειώστε ότισολείναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας που στη Γη είναι 9,8 m / s². Έχοντας αυτό υπόψη, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια εκτεταμένη έκδοση του τυπικού τύπου ισχύος:

Και μπορούμε να συνδέσουμε τις τιμές μας για μάζα, επιτάχυνση, απόσταση και χρόνο:

Έτσι θα χρειαστεί να ξοδέψετε περίπου 9,08 watt για να μεταφέρετε το πλυντήριο.

Η συζήτησή μας περιορίστηκε σε αρκετά απλά σενάρια και σχετικά απλά μαθηματικά. Στην προηγμένη φυσική, εξελιγμένες μορφές εξίσωσης μηχανικής ισχύος ενδέχεται να απαιτούν τη χρήση λογισμού και μακρύτερες, πιο περίπλοκες φόρμουλες που λαμβάνουν υπόψη πολλαπλές δυνάμεις, καμπύλη κίνηση και άλλες περιπλοκές παράγοντες.

Εάν χρειάζεστε περισσότερες σε βάθος πληροφορίες, το Βάση δεδομένων HyperPhysics φιλοξενείται από το Georgia State University είναι ένας εξαιρετικός πόρος.