Voit löytää mekaaninen tehokäytössä kaikkialla nykymaailmassa. Ajoitko autossa tänään? Se käytti joko polttoaineesta tai akusta peräisin olevaa energiaa toisiinsa kytkettyjen mekaanisten komponenttien sarjan siirtämiseen - akselit, hammaspyörät, hihnat ja niin edelleen - kunnes lopulta kyseinen energia käytettiin pyörien pyörittämiseen ja ajoneuvon liikuttamiseen eteenpäin.
Tehofysiikassa on mittakorkojossa työsuoritetaan ajan myötä. Sana "mekaaninen" on vain kuvaava; se kertoo sinulle, että teho liittyy koneeseen ja eri komponenttien, kuten auton voimansiirron tai kellon hammaspyörien, liikkumiseen.
Mekaanisen voiman kaavassa käytetään samoja fysiikan lakeja, joita käytetään muihin voimamuotoihin.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
TehoP on määritelty työWyliaikatseuraavan kaavan mukaisesti. Huomautus yksiköistä: virran tulee olla watteina (W), työ jouleina (J) ja aika sekunteina - tarkista aina uudelleen, ennen kuin kytket arvot.
Mekaaninen teho noudattaa samoja lakeja, jotka säätelevät muun tyyppisiä voimia, kuten kemiallista tai termistä.
Mekaaninen tehoon yksinkertaisesti mekaanisen järjestelmän liikkuviin osiin liittyvä teho, esimerkiksi antiikkikellon sisällä olevat hammaspyörät, pyörät ja hihnapyörät.Energia, voima, työ ja voima
Mekaanisen voiman ilmaisun ymmärtämiseksi on hyödyllistä asettaa neljä toisiinsa liittyvää termiä:energiaa, pakottaa, työjateho.
- energiaaEesine sisältää mittaa kuinka paljon työtä se voi tehdä; toisin sanoen, kuinka paljon liikettä sillä on potentiaalia luoda. Se mitataan jouleina (J).
- ApakottaaFon pohjimmiltaan työntö tai vetäminen. Voimat siirtävät energiaa esineiden välillä. Kuten nopeudella, voimalla on molemmatsuuruusjasuunta. Se mitataan newtoneina (N).
- Jos voima siirtää kohdettasamaan suuntaanse toimii, se esiintyy työ. Määritelmän mukaan yhden energiayksikön tarvitaan yhden työyksikön suorittamiseen. Koska energia ja työ määritellään toistensa suhteen, ne mitataan molemmat jouleina (J).
- Tehoon mitta korkojossa työ suoritetaantaienergiaa käytetään ajan myötä. Normaali tehoyksikkö on watti (W).
Mekaanisen tehon yhtälö
Energian ja työn välisen suhteen takia on kaksi yleistä tapaa ilmaista valta matemaattisesti. Ensimmäinen ontyö Wjaaika t:
P = \ frac {W} {t}
Teho lineaarisessa liikkeessä
Jos käsittelet lineaarista liikettä, voit olettaa, että mikä tahansa kohdistettu voima joko liikuttaa kohdetta eteenpäin tai taaksepäin suoraa tietä pitkin voiman toimintaa - ajattele junia a seurata. Koska suuntakomponentti huolehtii periaatteessa itsestään, voit ilmaista voimaa myös yksinkertaisen kaavan avullapakottaa, etäisyysjanopeus.
Näissä tilanteissatyö Wvoidaan määritelläpakottaa F × etäisyys d. Liitä se yllä olevaan perusyhtälöön ja saat:
P = \ frac {Fd} {t}
Huomaa jotain tuttua? Lineaarisella liikkeelläetäisyysjaettunaaikaon määritelmänopeus (v), joten voimme ilmaista voimaa myös:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Esimerkkilaskelma: Pyykin kantaminen
OK, se oli paljon abstraktia matematiikkaa, mutta laitetaan se nyt toimimaan ratkaisemaan esimerkkiongelma:
Vanhempasi pyytävät sinua kantamaan 10 kilogramman kuorman puhdasta pyykkiä yläkertaan. Jos portaiden kiipeäminen kestää normaalisti 30 sekuntia ja portaat ovat 3 metriä korkeita, arvioi kuinka paljon virtaa joudut kuluttamaan vaatteiden kuljettamiseksi portaikon pohjalta alkuun.
Kehotuksen perusteella tiesimme tuon ajantkestää 30 sekuntia, mutta meillä ei ole työn arvoaW. Voimme kuitenkin yksinkertaistaa skenaariota estimoinnin vuoksi. Oletetaan, että pyykin siirtäminen ylös- ja eteenpäin jokaisessa yksittäisessä vaiheessa, oletetaan, että nostat yksinkertaisesti suorassa linjassa aloituskorkeudesta. Nyt voimme käyttääP = F × d / tmekaanisen voiman ilmaisu, mutta meidän on silti selvitettävä siihen liittyvä voima.
Pyykin kantamiseksi sinun on vastattava siihen kohdistuvaa painovoimaa. Koska painovoima onF = mgalaspäin, sinun on kohdistettava tämä sama voima ylöspäin. Ota huomioon, ettägon painovoimasta johtuva kiihtyvyys, joka maapallolla on 9,8 m / s2. Tässä mielessä voimme luoda laajennetun version vakiovoimakaavasta:
P = mg \ frac {d} {t}
Ja voimme kytkeä massa-, kiihtyvyys-, etäisyys- ja aika-arvomme:
P = (10 \ kertaa 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ teksti {wattia}
Joten sinun täytyy käyttää noin 9,08 wattia pyykin kuljettamiseen.
Viimeinen huomautus monimutkaisuudesta
Keskustelumme on rajoittunut melko suoraviivaisiin skenaarioihin ja suhteellisen yksinkertaiseen matematiikkaan. Edistyneessä fysiikassa mekaanisen tehoyhtälön kehittyneet muodot saattavat edellyttää laskennan ja pidemmät, monimutkaisemmat kaavat, joissa otetaan huomioon useita voimia, kaareva liike ja muut monimutkaiset tekijät.
Jos tarvitset tarkempia tietoja, HyperPhysics-tietokanta Georgian osavaltion yliopiston isännöimä on erinomainen resurssi.