発見できる 機械力現代世界のいたるところで使用されています。 今日は車に乗りましたか？ 相互接続された一連の機械部品を動かすために、燃料またはバッテリーからのエネルギーを使用しました– 車軸、歯車、ベルトなど–最終的に、そのエネルギーが車輪の回転と車両の移動に使用されるまで フォワード。
力物理学では、割合これで 作業時間の経過とともに実行されています。 「機械的」という言葉は単に説明的なものです。 これは、電力が機械と、車のドライブトレインや時計の歯車などのさまざまなコンポーネントの動きに関連していることを示しています。
機械的動力の公式は、他の形態の動力に使用されるのと同じ物理学の基本法則を使用します。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
力P と定義されている 作業W以上時間t次の式に従ってください。 単位に関する注意：電力はワット（W）、ジュール（J）、時間は秒（s）である必要があります。値を入力する前に、必ず再確認してください。
機械的動力は、化学的または熱的などの他の種類の動力を支配するのと同じ法則に従います。 機械力は、機械システムの可動コンポーネント、たとえば、アンティーク時計内の歯車、車輪、滑車に関連する単純な電力です。
エネルギー、力、仕事、そして力
機械的動力の表現を理解するために、相互に関連する4つの用語をレイアウトすると便利です。エネルギー, 力, 作業そしてパワー.
- ザ・エネルギーEオブジェクトに含まれるのは、オブジェクトが実行できる作業量の尺度です。 言い換えれば、それが生み出す可能性のある動きの量です。 ジュール（J）で測定されます。
- A力F本質的には、プッシュまたはプルです。 力はオブジェクト間でエネルギーを伝達します。 速度のように、力には両方がありますマグニチュードそして方向. ニュートン（N）で測定されます。
- 力がオブジェクトを動かす場合同じ方向にそれは演技している、それは実行します 作業. 定義上、1単位の作業を実行するには1単位のエネルギーが必要です。 エネルギーと仕事は相互に定義されているため、両方ともジュール（J）で測定されます。
- 力の尺度です 割合これで 仕事が行われるまたはエネルギーが使用されます 時間とともに。 電力の標準単位はワット（W）です。
機械力の方程式
エネルギーと仕事の関係のため、力を数学的に表現する一般的な方法は2つあります。 1つ目は作業 Wそして時間 t:
P = \ frac {W} {t}
線形運動の力
線形運動を扱っている場合は、加えられた力がオブジェクトを動かすと想定できます。 部隊の行動に沿った直線経路に沿って前方または後方に–列車を考えてみてください 追跡。 指向性コンポーネントは基本的にそれ自体を処理するため、次の式を使用して簡単な式でパワーを表現することもできます。力, 距離、および速度.
これらの状況では、作業 W次のように定義できます力 F × 距離 d. それを上記の基本的な方程式に差し込むと、次のようになります。
P = \ frac {Fd} {t}
おなじみの何かに気づきましたか？ 線形運動では、距離で割った時間の定義です速度 (v）、したがって、次のようにパワーを表現することもできます。
P = F \ frac {d} {t} = Fv
計算例：洗濯物の運搬
OK、それは多くの抽象的な数学でしたが、サンプルの問題を解決するために今それを機能させましょう：
あなたの両親はあなたに10キログラムのきれいな洗濯物を二階に運ぶように頼みます。 通常、階段を上るのに30秒かかり、階段の高さが3メートルの場合、見積もり 階段の下から服を運ぶのにどれだけの力を費やす必要がありますか 上。
プロンプトに基づいて、私たちはその時間を知っていましたt30秒になりますが、仕事の価値はありませんW. ただし、見積もりのためにシナリオを簡略化することはできます。 個々のステップで洗濯物を前後に動かすことを心配するのではなく、開始時の高さからまっすぐに洗濯物を持ち上げていると仮定しましょう。 これで、P = F × d / t機械的な力の表現ですが、それでも関係する力を理解する必要があります。
洗濯物を運ぶために、あなたはそれにかかる重力を打ち消さなければなりません。 重力がF = mg下方向には、これと同じ力を上方向に加える必要があります。 ご了承くださいg地球上で9.8m / sである重力による加速度です2. これを念頭に置いて、標準の電力式の拡張バージョンを作成できます。
P = mg \ frac {d} {t}
そして、質量、加速度、距離、時間の値をプラグインできます。
P =（10 \ times 9.8）\ frac {3} {30} = 9.08 \ text {ワット}
したがって、洗濯物を運ぶために約9.08ワットを費やす必要があります。
複雑さに関する最後の注意
私たちの議論は、かなり単純なシナリオと比較的単純な数学に限定されています。 高度な物理学では、機械力方程式の洗練された形式では、微積分と 複数の力、湾曲した動き、その他の複雑な動きを考慮に入れた、より長く、より複雑な式 要因。
より詳細な情報が必要な場合は、 HyperPhysicsデータベース ジョージア州立大学が主催する優れたリソースです。