Megtalálhatod mechanikai erőa modern világban mindenhol használatos. Ma autóban ültél? Az üzemanyagból vagy az akkumulátorból származó energiát egymással összekapcsolt mechanikus alkatrészek mozgatására használta fel - tengelyek, fogaskerekek, övek és így tovább - míg végül ezt az energiát fel nem használták a kerekek forgatására és a jármű mozgatására előre.
Erőa fizikában amértékahol munkaidővel végezzük. A „mechanikus” szó pusztán leíró; elmondja, hogy az erő összefügg a géppel és a különböző alkatrészek mozgásával, például egy autó hajtásláncával vagy egy óra fogaskerekével.
A mechanikai teljesítmény képlete ugyanazokat a fizika alaptörvényeket használja, amelyeket más erőformákhoz használnak.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
ErőP azt jelenti munkaWfelettidőta következő képlet szerint. Megjegyzés az egységekre vonatkozóan: a teljesítménynek wattban (W) kell lennie, a joule-ban (J) kell dolgozni, és az idő másodperc (ek) ben - mindig ellenőrizze még egyszer, mielőtt bekapcsolná az értékeit.
A mechanikus teljesítmény ugyanazokat a törvényeket követi, amelyek más típusú energiákat, például kémiai vagy hőenergiát szabályoznak. Mechanikai teljesítményegyszerűen egy mechanikus rendszer mozgó alkatrészeihez, például egy antik óra belsejében található fogaskerekekhez, kerekekhez és tárcsákhoz tartozó teljesítmény.
Energia, erő, munka és erő
A mechanikai erő kifejezésének értelmezése érdekében hasznos négy egymással összefüggő fogalom meghatározása:energia, Kényszerítés, munkaéserő.
- AenergiaEaz objektum tartalmaz annak mérését, hogy mennyi munkát tud elvégezni; más szóval: mekkora mozgást képes létrehozni. Joule-ban (J) mérjük.
- AKényszerítésFlényegében lökés vagy húzás. Az erők energiát szállítanak a tárgyak között. A sebességhez hasonlóan az erőnek is van mindkettőjenagyságrendűésirány. Newtonban (N) mérjük.
- Ha erő mozgat egy tárgyatugyanabba az iránybaszínészi, előad munka. Értelemszerűen egy egység energia szükséges egy munka elvégzéséhez. Mivel az energiát és a munkát egymás szempontjából határozzák meg, mindkettőt joule-ban (J) mérik.
- Erőa mértékahol munkát végeznekvagyenergiát használnak fel túlóra. A szokásos teljesítményegység a watt (W).
A mechanikai teljesítmény egyenlete
Az energia és a munka közötti kapcsolat miatt két általános módszer létezik a hatalom matematikai kifejezésére. Az első amunka Wésidő t:
P = \ frac {W} {t}
Teljesítmény lineáris mozgásban
Ha lineáris mozgással foglalkozik, akkor feltételezhetjük, hogy bármely alkalmazott erő bármely tárgyat mozgatja előre vagy hátra egyenes úton, az erő hatásának megfelelően - gondoljon a vonatokra a vágány. Mivel az irányított komponens alapvetően önmagáról gondoskodik, a hatalmat egy egyszerű képlet segítségével is kifejezhetiKényszerítés, távolság, éssebesség.
Ezekben a helyzetekbenmunka Wúgy definiálhatóKényszerítés F × távolság d. Csatlakoztassa ezt a fenti alapegyenlethez, és megkapja:
P = \ frac {Fd} {t}
Észrevesz valami ismerőset? Lineáris mozgássaltávolságosztvaidőa meghatározásasebesség (v), így a hatalmat így is kifejezhetjük:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Példa számításra: Mosoda szállítása
OK, ez sok elvont matematika volt, de tegyük most dolgozni egy minta probléma megoldására:
A szüleid arra kérnek, hogy vigyél 10 kilogrammos tiszta ruhaneműt az emeletre. Ha a lépcső megmászása általában 30 másodpercet vesz igénybe, és a lépcső 3 méter magas, becsülje meg mennyi energiát kell elköltenie ahhoz, hogy a ruhákat a lépcső aljától a tetejére.
A felszólítás alapján tudtuk azt az időtt30 másodperc lesz, de nincs értékünk a munkáraW. A becslés érdekében azonban egyszerűsíthetjük a forgatókönyvet. Ahelyett, hogy aggódnánk, hogy a ruhaneműt minden egyes lépésnél felfelé és előre mozgatjuk, tegyük fel, hogy egyszerűen egyenes vonalban emeli meg a kezdő magasságtól. Most már használhatjuk aP = F × d / ta mechanikai erő kifejezése, de még mindig ki kell találnunk az érintett erőt.
A ruhanemű szállításához ellensúlyoznia kell a rajta lévő gravitációs erőt. Mivel a gravitációs erő azF = mglefelé ugyanezt az erőt kell felfelé irányítani. Vegye figyelembe, hogyga gravitáció miatti gyorsulás, amely a Földön 9,8 m / s2. Ezt szem előtt tartva létrehozhatjuk a standard teljesítményképlet kibővített változatát:
P = mg \ frac {d} {t}
Bekapcsolhatjuk tömeg, gyorsulás, távolság és idő értékeinket:
P = (10 \ x 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {watt}
Tehát körülbelül 9,08 wattot kell elköltenie a ruhanemű hordozásához.
Utolsó megjegyzés a komplexitásról
Beszélgetésünk meglehetősen egyszerű forgatókönyvekre és viszonylag egyszerű matematikára korlátozódott. A fejlett fizikában a mechanikai teljesítményegyenlet kifinomult formái megkövetelhetik a számítás és a hosszabb, bonyolultabb képletek, amelyek figyelembe veszik a több erőt, az ívelt mozgást és egyéb bonyolító tényezőket tényezők.
Ha részletesebb információkra van szüksége, a HyperPhysics adatbázis a Georgia Állami Egyetem házigazdája kiváló forrás.