찾을 수 있습니다 기계적 힘현대 세계의 모든 곳에서 사용됩니다. 오늘 차를 탔니? 연료 나 배터리의 에너지를 사용하여 상호 연결된 일련의 기계 부품을 이동했습니다. 차축, 기어, 벨트 등 – 마침내 그 에너지가 바퀴를 회전하고 차량을 움직이는 데 사용되기 전까지 앞으로.
힘물리학에서율어느 곳에 작업시간이 지남에 따라 수행되고 있습니다. "기계적"이라는 단어는 설명적일뿐입니다. 그것은 동력이 기계와 관련이 있고 자동차의 구동계 나 시계의 톱니와 같은 다른 구성 요소의 움직임과 관련이 있음을 알려줍니다.
기계적 힘 공식은 다른 형태의 힘에 사용되는 것과 동일한 기본 물리 법칙을 사용합니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
힘피 다음과 같이 정의됩니다. 작업W위에시각티다음 공식에 따라. 단위에 대한 참고 사항: 전력은 와트 (W), 줄 (J), 시간 (초) 단위 여야합니다. 값을 연결하기 전에 항상 다시 확인하십시오.
기계적 동력은 화학 또는 열과 같은 다른 유형의 동력을 지배하는 동일한 법칙을 따릅니다. 기계적 힘예를 들어 골동품 시계 내부의 기어, 바퀴 및 도르래와 같은 기계 시스템의 움직이는 구성 요소와 관련된 동력입니다.
에너지, 힘, 일 및 힘
기계적 동력에 대한 표현을 이해하려면 상호 관련된 네 가지 용어를 배치하는 것이 좋습니다.에너지, 힘, 작업과힘.
- 그만큼에너지이자형포함하는 개체는 수행 할 수있는 작업의 양을 측정 한 것입니다. 즉, 생성 할 잠재력이있는 모션의 양입니다. 줄 (J) 단위로 측정됩니다.
- ㅏ힘에프본질적으로 밀기 또는 당기기입니다. 물체간에 에너지를 전달합니다. 속도와 마찬가지로 힘은크기과방향. 뉴턴 (N) 단위로 측정됩니다.
- 힘이 물체를 움직이면같은 방향으로그것은 연기, 수행 작업. 정의에 따라 하나의 작업 단위를 수행하려면 하나의 에너지 단위가 필요합니다. 에너지와 일은 서로에 대해 정의되기 때문에 둘 다 줄 (J) 단위로 측정됩니다.
- 힘의 척도입니다 율어느 곳에 작업이 수행됩니다또는에너지가 사용됩니다 시간이 지남에. 표준 전력 단위는 와트 (W)입니다.
기계적 동력에 대한 방정식
에너지와 일의 관계 때문에 힘을 수학적으로 표현하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다. 첫 번째는작업 W과시각 티:
P = \ frac {W} {t}
선형 운동의 힘
직선 운동을 다루는 경우 적용된 힘이 물체를 움직일 수 있다고 가정 할 수 있습니다. 힘의 작용에 따라 직선 경로를 따라 전진 또는 후진합니다. 과정. 방향성 성분은 기본적으로 스스로 처리하기 때문에 간단한 공식으로 힘을 표현할 수도 있습니다.힘, 거리, 및속도.
이러한 상황에서작업 W다음과 같이 정의 할 수 있습니다.힘 에프 × 거리 디. 위의 기본 방정식에 연결하면 다음을 얻을 수 있습니다.
P = \ frac {Fd} {t}
익숙한 것이 보이십니까? 직선 운동으로거리로 나눈시각에 대한 정의입니다속도 (V), 그래서 우리는 또한 다음과 같이 힘을 표현할 수 있습니다.
P = F \ frac {d} {t} = Fv
계산 예: 세탁물 운반
좋아, 그것은 많은 추상적 인 수학 이었지만, 이제 샘플 문제를 풀기 위해 그것을 작동시켜 보자.
부모님은 10kg의 깨끗한 세탁물을 윗층에 가지고 다니라고 요청합니다. 일반적으로 계단을 오르는 데 30 초가 걸리고 계단 높이가 3m 인 경우 계단 바닥에서 옷을 옮기기 위해 얼마나 많은 전력을 소비해야할까요? 상단.
프롬프트를 바탕으로 우리는티30 초가 되겠지만 우리는 일할 가치가 없습니다W. 그러나 추정을 위해 시나리오를 단순화 할 수 있습니다. 각 단계에서 세탁물을 앞뒤로 이동하는 것에 대해 걱정하기보다는 단순히 시작 높이에서 일직선으로 세탁한다고 가정 해 보겠습니다. 이제 우리는피 = 에프 × 디 / 티기계적인 힘의 표현이지만 우리는 여전히 관련된 힘을 파악해야합니다.
세탁물을 운반하기 위해서는 세탁물에 가해지는 중력에 대응해야합니다. 중력은F = mg아래쪽 방향으로이 같은 힘을 위쪽 방향으로 가해 야합니다. 참고지중력에 의한 가속도는 지구상에서 9.8m / s입니다2. 이를 염두에두고 표준 거듭 제곱 공식의 확장 버전을 만들 수 있습니다.
P = mg \ frac {d} {t}
그리고 질량, 가속도, 거리 및 시간에 대한 값을 연결할 수 있습니다.
P = (10 \ times 9.8) \ frac {3} {30} = 9.08 \ text {와트}
따라서 세탁물을 운반하기 위해 약 9.08 와트를 소비해야합니다.
복잡성에 대한 마지막 참고 사항
우리의 논의는 상당히 간단한 시나리오와 비교적 간단한 수학으로 제한되었습니다. 고급 물리학에서는 정교한 형태의 기계적 동력 방정식을 사용하려면 미적분과 여러 힘, 곡선 이동 및 기타 복잡한 요소를 고려한 더 길고 복잡한 공식 요인.
더 자세한 정보가 필요하면 HyperPhysics 데이터베이스 Georgia State University에서 주최하는 것은 훌륭한 리소스입니다.