Tu peux trouver puissance mécaniqueen usage partout dans le monde moderne. As-tu roulé en voiture aujourd'hui? Il utilisait de l'énergie, provenant soit du carburant, soit d'une batterie, pour déplacer une série interconnectée de composants mécaniques - essieux, engrenages, courroies et ainsi de suite - jusqu'à ce que, finalement, cette énergie soit utilisée pour faire tourner les roues et déplacer le véhicule avant.
Pouvoiren physique est une mesure de latauxauquel travails'effectue au fil du temps. Le mot « mécanique » est simplement descriptif; il vous dit que la puissance est associée à une machine et au mouvement de différents composants comme la transmission d'une voiture ou les rouages d'une horloge.
La formule de puissance mécanique utilise les mêmes lois fondamentales de la physique qui sont utilisées pour d'autres formes de puissance.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
PouvoirP est défini comme travailWplus detempstselon la formule suivante. Remarque sur les unités: la puissance doit être en watts (W), le travail en joules (J) et le temps en secondes (s) – vérifiez toujours avant de saisir vos valeurs.
L'énergie mécanique suit les mêmes lois qui régissent les autres types d'énergie tels que chimique ou thermique. Puissance mécaniqueest simplement la puissance associée aux composants mobiles d'un système mécanique, par exemple les engrenages, les roues et les poulies à l'intérieur d'une horloge antique.
Énergie, Force, Travail et Puissance
Afin de donner un sens à l'expression de la puissance mécanique, il est utile de présenter quatre termes interdépendants :énergie, Obliger, travailetPuissance.
- leénergieEun objet contient est une mesure de la quantité de travail qu'il peut effectuer; en d'autres termes, combien de mouvement il a le potentiel de créer. Il se mesure en joules (J).
- UNEObligerFest, en substance, une poussée ou une traction. Les forces transfèrent l'énergie entre les objets. Comme la vitesse, la force a à la foisordre de grandeuretdirection. Il est mesuré en Newtons (N).
- Si une force déplace un objetDans la même directionil agit, il exécute travail. Par définition, une unité d'énergie est nécessaire pour effectuer une unité de travail. Parce que l'énergie et le travail sont définis l'un par rapport à l'autre, ils sont tous deux mesurés en joules (J).
- Pouvoirest une mesure de la tauxauquel le travail est effectuéou alorsl'énergie est utilisée heures supplémentaires. L'unité de puissance standard est le watt (W).
Équation de la puissance mécanique
En raison de la relation entre l'énergie et le travail, il existe deux manières courantes d'exprimer mathématiquement le pouvoir. Le premier est en termes detravail Wettemps t:
P=\frac{W}{t}
Puissance en mouvement linéaire
Si vous avez affaire à un mouvement linéaire, vous pouvez supposer que toute force appliquée déplace un objet en avant ou en arrière le long d'un chemin rectiligne en ligne avec l'action de la force - pensez aux trains sur un Piste. Parce que la composante directionnelle s'occupe essentiellement d'elle-même, vous pouvez également exprimer la puissance en termes de formule simple en utilisantObliger, distance, etrapidité.
Dans ces situations,travail Wpeut être défini commeObliger F × distance ré. Branchez-le à l'équation de base ci-dessus et vous obtenez :
P=\frac{Fd}{t}
Vous remarquez quelque chose de familier? Avec un mouvement linéaire,distancedivisé partempsest la définition derapidité (v), donc on peut aussi exprimer la puissance comme :
P=F\frac{d}{t}=Fv
Un exemple de calcul: transporter du linge
OK, c'était beaucoup de maths abstraites, mais mettons-les au travail maintenant pour résoudre un exemple de problème :
Tes parents te demandent de porter une charge de 10 kilogrammes de linge propre à l'étage. Si cela vous prend normalement 30 secondes pour monter les escaliers et que les escaliers mesurent 3 mètres de haut, estimez combien d'énergie devrez-vous dépenser pour transporter les vêtements du bas de l'escalier au Haut.
Sur la base de l'invite, nous savions que le tempstsera de 30 secondes, mais nous n'avons pas de valeur pour le travailW. Cependant, nous pouvons simplifier le scénario à des fins d'estimation. Plutôt que de vous soucier de déplacer le linge vers le haut et vers l'avant à chaque étape, supposons que vous le soulevez simplement en ligne droite à partir de sa hauteur de départ. Maintenant, nous pouvons utiliser leP = F × ré / texpression de la puissance mécanique, mais nous devons encore comprendre la force impliquée.
Pour transporter le linge, vous devez contrer la force de gravité sur celui-ci. Puisque la force de gravité estF = mgvers le bas, vous devez appliquer cette même force vers le haut. Noter quegest l'accélération due à la gravité qui sur Terre est de 9,8 m/s2. Dans cet esprit, nous pouvons créer une version étendue de la formule de puissance standard :
P=mg\frac{d}{t}
Et nous pouvons brancher nos valeurs pour la masse, l'accélération, la distance et le temps :
P=(10\fois 9,8)\frac{3}{30}=9,08\text{ watts}
Vous devrez donc dépenser environ 9,08 watts pour transporter le linge.
Une note finale sur la complexité
Notre discussion s'est limitée à des scénarios assez simples et à des mathématiques relativement simples. En physique avancée, des formes sophistiquées de l'équation de puissance mécanique peuvent nécessiter l'utilisation de calculs et des formules plus longues et plus compliquées qui prennent en compte les forces multiples, les mouvements incurvés et d'autres complications les facteurs.
Si vous avez besoin d'informations plus approfondies, le Base de données hyperphysique hébergé par Georgia State University est une excellente ressource.