Puedes encontrar potencia mecánicaen uso en todas partes del mundo moderno. ¿Viajaste en coche hoy? Utilizaba energía, ya sea del combustible o de una batería, para mover una serie interconectada de componentes mecánicos. ejes, engranajes, correas, etc., hasta que, finalmente, esa energía se utilizó para hacer girar las ruedas y mover el vehículo. hacia adelante.
Energíaen física es una medida de laVelocidaden el cual trabajase está realizando a lo largo del tiempo. La palabra "mecánica" es meramente descriptiva; te dice que la potencia está asociada con una máquina y el movimiento de diferentes componentes como la transmisión de un automóvil o los engranajes de un reloj.
La fórmula de la potencia mecánica utiliza las mismas leyes fundamentales de la física que se utilizan para otras formas de potencia.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
EnergíaPAG Se define como trabajaWencimahoratsegún la siguiente fórmula. Nota sobre las unidades: la potencia debe estar en vatios (W), trabajar en julios (J) y el tiempo en segundos (s); siempre verifique dos veces antes de conectar sus valores.
La energía mecánica sigue las mismas leyes que rigen otros tipos de energía, como la química o la térmica. Potencia mecánicaes simplemente energía asociada con los componentes móviles de un sistema mecánico, por ejemplo, los engranajes, ruedas y poleas dentro de un reloj antiguo.
Energía, Fuerza, Trabajo y Poder
Para darle sentido a la expresión de potencia mecánica, es útil establecer cuatro términos interrelacionados:energía, fuerza, trabajayenergía.
- Laenergíamiun objeto contiene es una medida de cuánto trabajo puede hacer; en otras palabras, cuánto movimiento tiene el potencial de crear. Se mide en julios (J).
- AfuerzaFes, en esencia, un empujón o un tirón. Las fuerzas transfieren energía entre objetos. Como la velocidad, la fuerza tiene tantomagnitudydirección. Se mide en Newtons (N).
- Si una fuerza mueve un objetoen la misma direcciónestá actuando, actúa trabaja. Por definición, se necesita una unidad de energía para realizar una unidad de trabajo. Dado que la energía y el trabajo se definen mutuamente, ambos se miden en julios (J).
- Energíaes una medida del Velocidaden el cual se realiza el trabajoose usa energía tiempo extraordinario. La unidad estándar de potencia es el vatio (W).
Ecuación para la potencia mecánica
Debido a la relación entre energía y trabajo, hay dos formas comunes de expresar el poder matemáticamente. El primero es en términos detrabaja Wyhora t:
P = \ frac {W} {t}
Potencia en movimiento lineal
Si se trata de movimiento lineal, puede asumir que cualquier fuerza aplicada mueve un objeto hacia adelante o hacia atrás a lo largo de un camino recto en línea con la acción de la fuerza; piense en trenes en un pista. Debido a que el componente direccional básicamente se encarga de sí mismo, también puede expresar el poder en términos de una fórmula simple usandofuerza, distancia, yvelocidad.
En estas situaciones,trabaja WPuede ser definido comofuerza F × distancia D. Conecte eso a la ecuación básica anterior y obtendrá:
P = \ frac {Fd} {t}
¿Notas algo familiar? Con movimiento lineal,distanciadividido porhoraes la definición develocidad (v), por lo que también podemos expresar poder como:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Un ejemplo de cálculo: llevar la ropa sucia
De acuerdo, eso fue un montón de matemáticas abstractas, pero pongámoslo a trabajar ahora para resolver un problema de muestra:
Tus padres te piden que lleves arriba una carga de 10 kilogramos de ropa limpia. Si normalmente le toma 30 segundos subir las escaleras, y las escaleras tienen 3 metros de altura, calcule ¿Cuánta energía necesitará gastar para llevar la ropa desde la parte inferior de la escalera hasta la cima.
Según el mensaje, sabíamos que el tiempotserán 30 segundos, pero no tenemos un valor para el trabajoW. Sin embargo, podemos simplificar el escenario por el bien de la estimación. En lugar de preocuparse por mover la ropa hacia arriba y hacia adelante en cada paso individual, supongamos que simplemente la está elevando en línea recta desde su altura inicial. Ahora podemos usar elPAG = F × D / texpresión de la potencia mecánica, pero aún tenemos que averiguar la fuerza involucrada.
Para transportar la ropa, debe contrarrestar la fuerza de gravedad sobre ella. Dado que la fuerza de la gravedad esF = mgen la dirección hacia abajo, debe aplicar esta misma fuerza en la dirección hacia arriba. Tenga en cuenta quegramoes la aceleración debida a la gravedad que en la Tierra es de 9,8 m / s2. Con esto en mente, podemos crear una versión ampliada de la fórmula de potencia estándar:
P = mg \ frac {d} {t}
Y podemos conectar nuestros valores de masa, aceleración, distancia y tiempo:
P = (10 \ times 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {vatios}
Por lo tanto, deberá gastar aproximadamente 9,08 vatios para transportar la ropa.
Una nota final sobre la complejidad
Nuestra discusión se ha limitado a escenarios bastante sencillos y matemáticas relativamente simples. En física avanzada, las formas sofisticadas de la ecuación de potencia mecánica pueden requerir el uso de cálculo y fórmulas más largas y complicadas que tienen en cuenta múltiples fuerzas, movimiento curvo y otras complicaciones factores.
Si necesita información más detallada, el Base de datos HyperPhysics alojado por la Universidad Estatal de Georgia es un recurso excelente.
