Leiad mehaaniline võimsuskasutusel kõikjal kaasaegses maailmas. Kas sõitsite täna autoga? See kasutas omavahel ühendatud mehaaniliste komponentide seeria liigutamiseks kas kütuse või aku energiat - teljed, hammasrattad, rihmad ja nii edasi - kuni lõpuks kulus see energia rataste keerutamiseks ja sõiduki liigutamiseks edasi.
Võimsusfüüsikas on mõõtmäärmille juures töötoimub aja jooksul. Sõna “mehaaniline” on lihtsalt kirjeldav; see ütleb teile, et võimsus on seotud masina ja erinevate komponentide liikumisega, näiteks auto ajamiga või kella hammasratastega.
Mehaanilise võimsuse valemis kasutatakse samu füüsikaseadusi, mida kasutatakse muude jõu vormide puhul.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
VõimsusP on määratletud kui tööWüleaegtjärgmise valemi järgi. Märkus ühikute kohta: võimsus peaks olema vattides (W), töötama džaulides (J) ja aeg sekundites (sekundites) - kontrollige alati enne väärtuste ühendamist uuesti.
Mehaaniline võimsus järgib samu seadusi, mis reguleerivad muud tüüpi jõude, näiteks keemilist või termilist.
Mehaaniline võimsuson lihtsalt mehaanilise süsteemi liikuvate komponentidega seotud jõud, näiteks antiikkella sees olevad hammasrattad, rattad ja rihmarattad.Energia, jõud, töö ja jõud
Mehaanilise jõu väljendi mõtestamiseks on kasulik välja panna neli omavahel seotud mõistet:energia, jõud, tööjavõim.
- TheenergiaEobjekt sisaldab mõõdab, kui palju tööd ta suudab teha; teisisõnu, kui palju liikumist sellel on potentsiaali luua. Seda mõõdetakse džaulides (J).
- AjõudFon sisuliselt tõuge või tõmme. Jõud edastavad energiat objektide vahel. Nagu kiirusel, on ka jõul mõlemadsuurusjärkjasuund. Seda mõõdetakse Newtonites (N).
- Kui jõud liigutab objektisamas suunassee on näitlemine, see täidab töö. Definitsiooni järgi on ühe tööühiku tegemiseks vaja ühte energiaühikut. Kuna energia ja töö on määratletud üksteise mõistes, mõõdetakse neid mõlemat džaulides (J).
- Võimsuson mõõtühik määrmille juures tööd tehaksevõikasutatakse energiat üle aja. Standardne võimsusühik on vatt (W).
Mehaanilise võimsuse võrrand
Energia ja töö seose tõttu on võimu matemaatiliseks väljendamiseks kaks tavalist viisi. Esimene on seosestöö Wjaaeg t:
P = \ frac {W} {t}
Võimsus lineaarses liikumises
Kui tegelete lineaarse liikumisega, võite eeldada, et mis tahes rakendatud jõud kas objekti liigutab edasi või tagasi mööda sirget rada vastavalt jõu tegevusele - mõelge rongidele a rada. Kuna suunakomponent hoolitseb põhimõtteliselt iseenda eest, saate jõudu väljendada ka lihtsa valemi abiljõud, kaugusjakiirus.
Nendes olukordadestöö Wsaab defineerida kuijõud F × kaugus d. Ühendage see ülaltoodud põhivõrrandiga ja saate:
P = \ frac {Fd} {t}
Kas märkate midagi tuttavat? Lineaarse liikumisegakaugusjagatunaaegon mõistekiirus (v), nii et võime võimu väljendada ka järgmiselt:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Näite arvutamine: pesu kandmine
OK, see oli palju abstraktset matemaatikat, kuid paneme selle nüüd prooviprobleemi lahendamiseks tööle:
Vanemad paluvad teil 10-kilogrammine koorem puhast pesu ülakorrusel kaasas kanda. Kui trepist ülesminek võtab tavaliselt 30 sekundit ja trepid on 3 meetrit kõrged, siis arvestage kui palju energiat peate kulutama riiete kandmiseks trepist alt üles üles.
Kiire põhjal teadsime seda aegaton 30 sekundit, kuid meil pole töö jaoks väärtustW. Hindamise huvides võime aga stsenaariumi lihtsustada. Selle asemel, et muretseda pesu igal üksikul sammul üles ja edasi liikumise pärast, oletame, et tõstate seda lihtsalt sirgjooneliselt algkõrguselt. Nüüd saame kasutadaP = F × d / tmehaanilise jõu väljendus, kuid peame ikkagi välja selgitama kaasatud jõu.
Pesu kandmiseks peate selle raskusjõule vastu astuma. Kuna raskusjõud onF = mgallapoole peate rakendama sama jõudu ülespoole. Pange tähele, etgon gravitatsioonist tingitud kiirendus, mis Maal on 9,8 m / s2. Seda silmas pidades saame luua standardse võimsusvalemi laiendatud versiooni:
P = mg \ frac {d} {t}
Ja me saame ühendada oma massi, kiirenduse, kauguse ja aja väärtused:
P = (10 \ korda 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ tekst {vatti}
Nii et peate pesupesemisele kulutama umbes 9,08 vatti.
Viimane märkus keerukuse kohta
Meie arutelu on piirdunud üsna sirgjooneliste stsenaariumide ja suhteliselt lihtsa matemaatikaga. Täiustatud füüsikas võivad mehaanilise võimsuse võrrandi keerukad vormid nõuda arvutuse ja pikemad, keerulisemad valemid, mis võtavad arvesse mitmeid jõude, kõverat liikumist ja muud keerukust tegurid.
Kui vajate põhjalikumat teavet, HyperPhysics andmebaas Georgia osariigi ülikooli võõrustaja on suurepärane ressurss.