Come calcolare la potenza meccanica

Potete trovare potenza meccanicain uso ovunque nel mondo moderno. Hai viaggiato in macchina oggi? Utilizzava energia, proveniente dal carburante o da una batteria, per spostare una serie interconnessa di componenti meccanici - assi, ingranaggi, cinghie e così via - fino a quando, infine, quell'energia è stata utilizzata per far girare le ruote e muovere il veicolo inoltrare.

​Energiain fisica è una misura delVotaal quale lavoroviene eseguito nel tempo. La parola “meccanico” è meramente descrittiva; ti dice che la potenza è associata a una macchina e al movimento di diversi componenti come la trasmissione di un'auto o gli ingranaggi di un orologio.

La formula del potere meccanico usa le stesse leggi fondamentali della fisica che sono usate per altre forme di potere.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

​EnergiaP ​è definito come lavoroW​al di sopra ditempot​secondo la seguente formula. Nota sulle unità: la potenza dovrebbe essere in watt (W), lavorare in joule (J) e tempo in secondi (s) - ricontrolla sempre prima di collegare i tuoi valori.

La potenza meccanica segue le stesse leggi che governano altri tipi di potenza come quella chimica o termica. Potenza meccanicaè semplicemente la potenza associata ai componenti mobili di un sistema meccanico, ad esempio gli ingranaggi, le ruote e le pulegge all'interno di un antico orologio.

Per dare un senso all'espressione per potenza meccanica, è utile disporre quattro termini correlati:energia​, ​vigore​, ​lavoroeenergia​.

• IlenergiaE​un oggetto contiene è una misura di quanto lavoro può fare; in altre parole, quanto movimento ha il potenziale per creare. Si misura in joule (J).
• UNvigoreF​è, in sostanza, un push or pull. Le forze trasferiscono energia tra gli oggetti. Come la velocità, la forza ha entrambigrandezzaedirezione. Si misura in Newton (N).
• Se una forza muove un oggettonella stessa direzionesta recitando, si esibisce lavoro. Per definizione, è necessaria un'unità di energia per eseguire un'unità di lavoro. Poiché energia e lavoro sono definiti l'uno rispetto all'altro, sono entrambi misurati in joule (J).
• ​Energiaè una misura di Votaal quale il lavoro viene eseguitool'energia viene utilizzata  col tempo. L'unità standard di potenza è il watt (W).

A causa della relazione tra energia e lavoro, ci sono due modi comuni di esprimere matematicamente il potere. Il primo è in termini dilavoro​ ​Wetempo​ ​t​:

Se hai a che fare con il movimento lineare puoi presumere che qualsiasi forza applicata muova un oggetto avanti o indietro lungo un percorso rettilineo in linea con l'azione della forza - pensa ai treni su a traccia. Poiché la componente direzionale sostanzialmente si prende cura di se stessa, puoi anche esprimere la potenza in termini di una semplice formula usandovigore​, ​distanza, evelocità​.

In queste situazioni,lavoro​ ​Wpuò essere definito comevigore​ ​F​ × ​distanza​ ​d. Collegalo all'equazione di base sopra e ottieni:

Noti qualcosa di familiare? Con moto lineare,distanzadiviso pertempoè la definizione pervelocità​ (​v), quindi possiamo anche esprimere la potenza come:

Un esempio di calcolo: portare il bucato

OK, era un sacco di matematica astratta, ma mettiamola al lavoro ora per risolvere un problema di esempio:

​I tuoi genitori ti chiedono di portare al piano di sopra un carico di 10 kg di biancheria pulita. Se normalmente occorrono 30 secondi per salire le scale e le scale sono alte 3 metri, stima quanta energia dovrai spendere per portare i vestiti dal fondo delle scale al? superiore.​

In base al prompt, sapevamo quel tempotsaranno 30 secondi, ma non abbiamo un valore per il lavoroW. Tuttavia, possiamo semplificare lo scenario per motivi di stima. Piuttosto che preoccuparti di spostare il bucato su e in avanti su ogni singolo gradino, supponiamo che tu lo stia semplicemente sollevando in linea retta dall'altezza di partenza. Ora possiamo usare ilP​ = ​F​ × ​d​ / ​tespressione di potenza meccanica, ma dobbiamo ancora capire la forza coinvolta.

Per trasportare il bucato, è necessario contrastare la forza di gravità su di esso. Poiché la forza di gravità èF = mgnella direzione verso il basso, è necessario applicare questa stessa forza nella direzione verso l'alto. Notare chegè l'accelerazione di gravità che sulla Terra è 9,8 m/s². Con questo in mente, possiamo creare una versione ampliata della formula di potenza standard:

E possiamo collegare i nostri valori per massa, accelerazione, distanza e tempo:

Quindi dovrai spendere circa 9,08 watt per portare il bucato.

La nostra discussione è stata limitata a scenari abbastanza semplici e matematica relativamente semplice. Nella fisica avanzata, forme sofisticate dell'equazione della potenza meccanica possono richiedere l'uso del calcolo e formule più lunghe e complicate che tengono conto di più forze, movimento curvo e altre complicazioni fattori.

Se hai bisogno di informazioni più approfondite, il Database iperfisico ospitato dalla Georgia State University è una risorsa eccellente.